TJZ630-1型风机三维流场数值模拟结果报告.docx

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TJZ630-1型风机三维流场数值模拟结果报告

一、设计问题的初步概述

TZL630-1型风机的三维CFD计算模型视图如图1、2所示，设计要点概括如下，风机从电机侧进气，机匣沿进气方向收缩，叶轮上转子叶片的安装角较大。

图1CFD模型视图1 图2CFD模型视图2

为简化流动模型，CFD计算模型中略去了原风机结构中的支撑导叶及电机的油路管道。

从风机结构上来看，由于叶轮上的转子叶片安装角较大，并且在叶根处相邻叶片交叉，不利于叶根处进气。

二、风机流场三维数值模拟结果分析

1.数值模拟方法介绍

数值模拟程序采用商用软件ANSYS/CFX求解三维流场，求解器是CFX-Solver Manager，可以完成二维/三维的欧拉方程/N-S方程粘性求解。

基于对低速压气机内部流动的充分认识，数值模拟中采用了轴对称假设，对三排转子同时进行单通道三维粘性定常计算。

求解方程为雷诺平均的三维粘性N-S方程，差分格式采用了HighResolution格式，湍流模型选用k-Epsilon模型。

数值模拟中对流场进行了结构化的网格划分，对主流道、叶片近壁面区域、转子叶尖间隙进行分块处理，以得到高质量的网格，从而保证数值模拟的准确度。

2.流场分析

风机的工作要求是流量必须满足25485m3/h，折合成质量流量为8.495

kg/s，静压升为623Pa，叶轮的设计转速为3125rpm，出厂工作转速为

3906rpm（125%设计转速），实验转速为4310rpm。

本文分别对三个工作转速下的风机进行了三维流场的数值模拟，并得到以下结果：

（1）总性能

n=3125rpm

0.64

0.62

0.60

0.58

等熵效率

0.56

0.54

0.52

0.50

0.48

0.46

5.2 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4

流量（kg/s（

n=3125rpm

450

400

350

300

静压升（Pa（

250

200

150

100

50

0

5.2 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4

流量（kg/s（

n=3906rpm

0.62

0.60

0.58

等熵效率

0.56

0.54

0.52

0.50

0.48

6.9 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8

流量（kg/s（

n=3906rpm

550

500

450

静压升（Pa（

400

350

300

250

200

150

100

6.9 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8

流量（kg/s（

n=4310rpm

0.60

0.58

等熵效率

0.56

0.54

0.52

0.50

7.8 7.9 8.0 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

流量（kg/s（

n=4310rpm

550

500

450

静压升（Pa（

400

350

300

250

200

150

7.8 7.9 8.0 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

流量（kg/s（

图3各工作转速下的总性能曲线

（2）流场细节分析

从总性能上看，风机的运行效率较低，针对这个问题，进行三维流场分析，找出其中的原因。

图3流场中的熵分布

图4熵分布细节图

流场中的熵增越大说明流动中的损失越大。

从风机内部流场的熵分布可以看到，流动损失主要集中在转子叶尖区域和进出口叶轮的轮毂区域，尤其出口叶轮的叶尖区域是产生流动损失的主要区域。

对于进出口轮毂区域的流动损失较大的问题，可以通过增加进出口整流帽罩来改善；而对于叶尖区域的流动损失，需要进一步分析，找到问题的根源。

基于熵分布的情况，我们找到了问题所在，下面进一步查看流场中流动细节，以全面看清楚问题的严重性。

图5三维流线图

由叶轮内部的三维流线图可知，由于叶轮转子的安装角过大，相邻转子叶片之间的叶尖泄漏涡相互交叉影响，即当地叶片通道内叶尖区域的流动既会受到当地泄漏涡的堵塞还会受到上游叶片产生的泄漏涡的堵塞，在这种双重流动堵塞下，必然会产生很大的流动损失，导致叶片的运转效率低下。

三、建议

流量

（kg/s）

总压升

（Pa）

静压升

（Pa）

总效率

静效率

噪声

（dB）

8.495

1155

739

79.23%

31.38%

82.58

风机设计的主要问题在于安装角过大，只需减小转子叶片的安装角即可解决上述流动问题，以下是将转子安装角减小15度，其余几何参数均没有改变的情况下，设计转速3125rpm的风机总性能。