空調(diào)用多翼離心通風(fēng)機幾何建模的參數(shù)化

張師帥 李偉華 / 華中科技大學(xué)能源學(xué)院

摘要：根據(jù)幾何關(guān)系，建立了空調(diào)用多翼離心通風(fēng)機的三維數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)了空調(diào)用多翼離心通風(fēng)機幾何建模的 參數(shù)化。本研究成果極大地縮短了 空調(diào)用多翼離心通風(fēng)機CFD分析的前處理時間。
關(guān)鍵詞：多翼離心式通風(fēng)機 ； 幾何建模； 參數(shù)化
中圖分類號： TH432 　　　文獻標(biāo)識碼： B
文章編號：1006-8155（2007） 05-0026-04
Parameterized Geometry Model of Multi-blade Centrifugal Fan Used by Air Conditioning
Abstract: According to the relation of geometry, the 3-D mathematical model of multi-blade centrifugal fan used by air conditioning is obtained and the parameterized geometry model of multi-blade centrifugal fan used by air conditioning is realized. The results reduce extremely the CFD preprocessor time of multi-blade centrifugal fan used by air conditioning.
Key words: multi-blade centrifugal fan; geometry model; parameterize

0 　引言

　　多翼離心通風(fēng)機因其壓力系數(shù)高，流量系數(shù)大，結(jié)構(gòu)尺寸小，噪聲低而廣泛應(yīng)用于家用電器和空調(diào)設(shè)備等低壓通風(fēng)換氣的場合�？照{(diào)用多翼離心通風(fēng)機具有 葉片數(shù)多、葉片曲率大、流道短等特點，目前的設(shè)計方法還不太完善，有關(guān)葉輪參數(shù)的確定仍依靠經(jīng)驗公式。因此， 為了確保所設(shè)計的多翼離心通風(fēng)機性能穩(wěn)定，通常需要進行大量試驗，這將使得產(chǎn)品的研發(fā)周期長，費用高[1]。
　　研究表明：在 多翼離心通風(fēng)機 設(shè)計過程中進行計算流體動力學(xué)分析（CFD），不僅可以使設(shè)計人員獲得產(chǎn)品的內(nèi)部流動情況，而且還可以使設(shè)計人員在設(shè)計過程中預(yù)測產(chǎn)品的整體性能，及時調(diào)整設(shè)計方案[2] 。
　　 然而，目前在采用通用的計算流體動力學(xué)軟件（如FLUENT）進行多翼離心通風(fēng)機性能分析時，若葉輪幾何參數(shù)稍有變化，或者葉片數(shù)目有所調(diào)整，或者蝸殼型線有所變化，或者電機型號更改，都必須重新對它進行幾何建模和網(wǎng)格劃分等前處理工作，這將花費大量的時間和精力。因此，針對空調(diào)用 多翼離心通風(fēng)機的特點，建立風(fēng)機各個部件的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)整機幾何建模的 參數(shù)化，這對于縮短CFD分析前處理時間具有重要的現(xiàn)實意義。

1 幾何建模

　　空調(diào)用多翼離心通風(fēng)機通常由葉輪、蝸殼、集流器、電機四大部件構(gòu)成，每個部件都具有各自的結(jié)構(gòu)特點，且對整機性能產(chǎn)生影響。若要實現(xiàn)整機 幾何 建模的 參數(shù)化，首先必須建立各個部件的數(shù)學(xué)模型。

1.1 葉輪建模

　　多翼離心通風(fēng)機的葉片翼型通常都基于某種原始翼型，設(shè)計時可根據(jù)需要進行選擇。對于葉片翼型的這種可選擇性，可以采用數(shù)據(jù)庫的方式來實現(xiàn)。
葉片造型的主要參數(shù)為
（1）葉輪外徑D2 ；
（2）輪徑比x ；
（3）進口安裝角b1A ；
（4）出口安裝角b2A ；
（5）葉片數(shù)z ；
（6）葉片長度L 。
　　 另外，多翼離心通風(fēng)機翼型中線的形狀一般采用兩種形式構(gòu)成，即圓弧形和拋物線形。其中，圓弧形又包括單圓弧和雙圓弧，或者它們與直線的組合。具體為單圓弧、單圓弧+直線、雙圓弧、雙圓弧+直線4種組合。由此可知，加上拋物線形，翼型中線形狀共有5種類型。

　　對于上述5種翼型中線，葉片造型所需參數(shù)稍有不同，除了前面介紹的6個基本參數(shù)外，可能還需要增加某些參數(shù)。
　　 對于單圓弧，只需6個基本參數(shù)，無需再增加參數(shù)。單圓弧翼型中線的幾何關(guān)系如圖1所示
　　 通過幾何關(guān)系，計算獲得葉片造型所需的主要參數(shù)。

　　對于單圓弧+直線，除需6個基本參數(shù)外，還需要給出直線位置x1，以幫助確定翼型中線從哪個位置開始為直線。
　　對于雙圓弧，除需6個基本參數(shù)外，還需要給出最大撓度位置x2，以幫助確定翼型中線兩段圓弧的交點（即切點）。
　　對于雙圓弧+直線，除需6個基本參數(shù)外，還需要給出直線位置x1和最大撓度位置x2，以幫助確定翼型中線兩段圓弧的交點（即切點），以及翼型中線從哪個位置開始為直線。
　　對于拋物線，只需6個基本參數(shù)，無需再增加參數(shù)。
　　對于上述4種翼型中線的葉片，其幾何關(guān)系與單圓弧相類似，故在此不多述。
　　而對于葉片的旋轉(zhuǎn)以及 沿半徑方向平移至圓周等，則可見文獻[3] 。
　　這樣在確定了葉片翼型、翼型中線以及葉片造型的主要參數(shù)之后，就可以實現(xiàn)葉輪的參數(shù)化建模了。

1.2 蝸殼建模

　　蝸殼是多翼離心通風(fēng)機的一個重要組成部分，其作用是將離開葉輪的氣體集中、導(dǎo)流，并將氣體的部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。
　　蝸殼型線一般有等邊基和不等邊基兩種，設(shè)計時可根據(jù)需要進行選擇。
　　蝸殼造型的主要參數(shù)為
（1）開度A ；
（2）寬度B ；
（3）出口長度C ；
（4）擴壓器長度E ；
（5）擴壓器內(nèi)側(cè)傾角 q 1 ；
（6）擴壓器外側(cè)傾角q2 ；
（7）蝸舌間隙t ；
（8）蝸舌圓弧半徑r 。
　　 蝸殼的具體作圖方法見文獻[4] ，這里不再贅述。

1.3 集風(fēng)器建模

　　集風(fēng)器（或進氣口）的作用是保證氣流能均勻充滿葉輪進口截面，降低流動損失。集風(fēng)器有很多種類型，如：圓筒形、圓錐形、弧形、錐筒形、弧筒形及錐弧形等，設(shè)計時可根據(jù)需要進行選擇。
　　 集風(fēng)器的主要設(shè)計參數(shù)為
（1）進口直徑d1 ；
（2）出口直徑d2 ；
（3）錐角q ；
（4）圓弧半徑r1 ；
（5）集風(fēng)器長度F 。
　　 集風(fēng)器的設(shè)計是一個簡單的點線面體過程，通過以上參數(shù)可計算出集風(fēng)器5個關(guān)鍵點的坐標(biāo)，然后連點成線，再連線成面，最后旋轉(zhuǎn)得體。

1.4 電機建模

　　空調(diào)用多翼離心通風(fēng)機通常都自帶電機，電機一般存在內(nèi)置和外置兩種安裝方式，而離心通風(fēng)機通常具有 單吸和雙吸兩種類型，這樣可能產(chǎn)生4種不同組合，建模時可根據(jù)需要進行選擇。
　　電機的主要設(shè)計參數(shù)為
（1）電機直徑de ；
（2）電機軸徑dx ；
（3）內(nèi)置長度Li ；
（4）輪盤厚度h 。
　　 通過以上各參數(shù)可以調(diào)整電機的尺寸與布置，完成電機建模。
　　 軟件還提供了一個電機數(shù)據(jù)庫，可以選擇數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有的電機類型，也可以將數(shù)據(jù)存貯到數(shù)據(jù)庫，方便下次使用。

2 應(yīng)用舉例

　　某空調(diào)用多翼離心通風(fēng)機的設(shè)計參數(shù)為
　　 （1）葉輪：采CW-1翼型，中線形狀為雙圓弧加直線。葉輪參數(shù)為外徑D2=340mm，輪徑比x=0.824 ，進口安裝角b1A=61°，出口安裝角b2A=143°，葉片數(shù)z =35 ，葉片長度L =130mm，直線位置x1=0.845 弦長，最大撓度位置x2=0.4 弦長。
　　 （2）蝸殼：采用不等邊基型線。蝸殼參數(shù)為 開度A=87mm，寬度B=158mm，出口長度C=278mm，擴壓器長度E=350mm，擴壓器內(nèi)側(cè)傾角q1 =30°，擴壓器外側(cè)傾角q2=6°，蝸舌間隙t=20mm，蝸舌圓弧半徑r=20mm 。
　�。�3） 集風(fēng)器： 進口直徑d1=400mm ，出口直徑d2=340mm ，錐角q =60°，圓弧半徑r
產(chǎn)品型號：ST盛馳標(biāo)準(zhǔn)型風(fēng)刀/水刀結(jié)構(gòu)獨特設(shè)計，主要有圓形進風(fēng)口、寬直風(fēng)道、分流板、漸窄風(fēng)道及一段平直窄風(fēng)道組成，風(fēng)道寬度可調(diào)，即實現(xiàn)了出風(fēng)風(fēng)速可調(diào)、風(fēng)量可調(diào)、風(fēng)壓可調(diào)，具有風(fēng)阻小，壓損小的特點。特別適用于超聲波清洗、玻璃清洗機、電路板、電鍍件、涂膜、涂裝、有色金屬板/線材生產(chǎn)等不同行業(yè)多種工序中的除水干燥；可用于有害氣體、粉塵、冷熱空氣的無障隔離、印刷給紙上的吹紙及印后干燥；可用于食品、醫(yī)藥的急速加熱、解凍與高溫殺滅菌；可用于除塵及靜電除塵。
◆ 盛馳標(biāo)準(zhǔn)型風(fēng)刀/水刀采用不銹鋼304為刀身本體，鋁合金6061為刀片，制作精密，出風(fēng)強勁，具有節(jié)能高效、實用可靠的特點。
◆ 結(jié)構(gòu)采用獨特設(shè)計，確保出風(fēng)風(fēng)阻小，風(fēng)速平均，風(fēng)形均勻，精度可達±5%。
◆ 出風(fēng)口寬窄可調(diào)(0.1-5mm)，多種進風(fēng)口口徑及位置可選，方便安裝。訂制長度可達6米。
◆ 最高風(fēng)速200m/s，最高耐溫250℃，最大耐壓2kgf/cm2。
◆ 可配套使用渦流風(fēng)機、離心風(fēng)機、空壓機作氣源，應(yīng)用靈活方便。
◆ 與熱風(fēng)機配套，可進行熱風(fēng)干燥及熱風(fēng)急速干燥或殺滅菌。

負壓風(fēng)機參數(shù)
山東負壓風(fēng)機
安徽負壓風(fēng)機

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