采用fluent對軸流風(fēng)機(jī)支架旋轉(zhuǎn)角度對風(fēng)機(jī)流場的影響

軸流風(fēng)機(jī)是地鐵車站和隧道區(qū)間內(nèi)通風(fēng)的主要設(shè)備,如何改善軸流風(fēng)機(jī)的性能,研制節(jié)能高效的地鐵專用風(fēng)機(jī)倍受人們的關(guān)注。地鐵青島軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計很大程度上要依賴試驗,設(shè)計成本相對較高。如果用數(shù)值模擬的方法對地鐵軸流風(fēng)機(jī)的流場進(jìn)行模擬,可以代替部分實驗,預(yù)測風(fēng)機(jī)性能,降低設(shè)計成本。本文利用FLUENT軟件,針對地鐵專用軸流風(fēng)機(jī)支架偏轉(zhuǎn)角度對風(fēng)機(jī)性能的影響進(jìn)行了模擬,得出了正反轉(zhuǎn)工況下風(fēng)機(jī)支架偏轉(zhuǎn)不同角度時,風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓和效率之間的關(guān)系。1. 主要步驟:

CFD解決問題的步驟主要分為以下三步:

1)在前處理軟件中建模;

2)確定計算域和邊界條件,導(dǎo)入計算軟件,完成計算;

3)在計算軟件中進(jìn)行后處理或?qū)牒筇幚碥浖M(jìn)行后處理,查看結(jié)果。

本文選取天津通風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的TVF軸流風(fēng)機(jī)作為研究對象。該型號的風(fēng)機(jī)是一種地鐵專用可逆轉(zhuǎn)軸流風(fēng)機(jī),葉輪直徑1.8米,12片葉片,5個支架,標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速985rpm。葉輪,幾何模型的建立是在FLUENT的前處理軟件GAMBIT中進(jìn)行的。計算模擬部分采用的是FLUENT6.0 計算商用軟件。

實體建模區(qū)域確定為:風(fēng)機(jī)支架后氣流入口到風(fēng)帽前端氣流出口之間氣流流經(jīng)的風(fēng)道內(nèi)側(cè)。為了把模型與現(xiàn)實中的風(fēng)機(jī)的差別降到很小,在建模過程中完全采用三維方法,并且從圖紙出發(fā),注重風(fēng)機(jī)和風(fēng)道結(jié)構(gòu)的每一個細(xì)節(jié),沒有做任何簡化,甚至在葉輪端風(fēng)道的2mm突起也沒有簡化。這些都保證了以后數(shù)值計算結(jié)果的可靠性。實際生成的網(wǎng)格共約25萬網(wǎng)格,經(jīng)GAMBIT檢驗,生成網(wǎng)格的傾斜度大多介于0.2到0.4之間,基本符合計算要求。生成的風(fēng)機(jī)模型和表面網(wǎng)格分布如圖1所示。

在完成風(fēng)機(jī)的通常性能的模擬之后,改變支架旋轉(zhuǎn)角度并對風(fēng)機(jī)流場進(jìn)行模擬計算,繪制出模擬圖,從而預(yù)測出支架角度對風(fēng)機(jī)性能的影響。2. 支架對軸流風(fēng)機(jī)流場及效率的影響:

由于支架尺寸遠(yuǎn)大于相鄰的風(fēng)機(jī)葉片,導(dǎo)致流場中存在很大的周向非均勻性,從而會對風(fēng)扇的振動、噪聲和氣動性能帶來較大的影響。。

在之前對風(fēng)機(jī)性能的模擬中可以看出當(dāng)風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)時,氣流在入口側(cè)沿著軸向流過風(fēng)機(jī)支架,由于氣流方向與支架形狀保持平行,使得氣流對支架的沖擊很小。當(dāng)風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)時,支架處于風(fēng)機(jī)的出口側(cè)。氣流流過葉片時,氣流方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn),風(fēng)量越小,偏轉(zhuǎn)的角度越大。這時,氣流方向與支架形狀會形成一個交角,造成氣流對支架的沖擊。這個沖擊作用會使得風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)時的效率有所下降。在上面的計算中,風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的效率要相差大約為4%。圖2所示為在風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)時的流場情況,很明顯可以看出由于氣流脫離扇葉的方向與支架方向并不平行,因此在支架背側(cè)有明顯渦流區(qū)。雖然當(dāng)風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)時這個渦流區(qū)不明顯,但也是存在的,支架離扇葉越近這個阻礙就越明顯。因此支架的角度是風(fēng)機(jī)振動、噪聲的重要來源。