【摘 要】
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前向多翼离心通风机具有叶片数多,气流通道狭窄,内部流动规律复杂等特点。大多数针对离心风机的优化设计往往只针对某些特定几何参数,无法保证蜗壳与叶轮内部流动的良好匹配,难以有效提升风机的气动性能。本文开展了前向多翼离心风机蜗壳与叶轮的联合匹配设计。基于质量守恒定律,以离心风机的转速、流量和叶轮相关参数为变量,根据阿基米德螺旋线设计蜗壳的几何参数,并编写Matlab程序辅助设计,获得蜗壳参数随叶轮参数改
【基金项目】
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浙江省重点研发计划项目（2021C01049）; 基于敏感性分析的平面叶栅分离剪切流失稳控制研究,国家自然科学基金（51706205）; 高效低噪大风量离心风机关键技术研发与推广应用,浙江省重点研发计划项目（2020C04011）; 强旋转湍流诱导离心叶轮边界层动态旁路转捩的机理研究,国家自然科学基金（52176047）
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前向多翼离心通风机具有叶片数多,气流通道狭窄,内部流动规律复杂等特点。大多数针对离心风机的优化设计往往只针对某些特定几何参数,无法保证蜗壳与叶轮内部流动的良好匹配,难以有效提升风机的气动性能。本文开展了前向多翼离心风机蜗壳与叶轮的联合匹配设计。基于质量守恒定律,以离心风机的转速、流量和叶轮相关参数为变量,根据阿基米德螺旋线设计蜗壳的几何参数,并编写Matlab程序辅助设计,获得蜗壳参数随叶轮参数改变的改进型风机。采用最速下降法进行迭代优化,确定使风机气动性能最高（即局部效率的最大值）的相关几何参数组合。通过最速下降法获得离心风机气动性能相对较高的一组参数解,对优化后改进模型的内部流动进行了数值模拟,发现在设计流量7488m~3/h下的静压升比原模型提高了1.8%,静压效率提升了5.0%。改进模型静压升波动频率的周期性比原模型好,气动性能的变化更加稳定,提升了叶道内的流速和风机中心区的负压,减小了风机轴心处的低速回流涡面积和叶道内吸力面上的低速分离涡。改进模型蜗壳近壁区的气流流动更加稳定,蜗舌处的压力脉动振幅低。风机出口速度呈现对称性分布,壁面两侧和中间速度高,截面中间形成两个涡团,其涡心速度低,以低频波动为主。低速涡对称性较原模型更好。在离心风机内部流动数值模拟的基础上,使用LMS Virtual.Lab软件进行气动噪声的模拟计算。原模型的噪声计算数据与实验数据的相对误差控制在2%以内。计算结果表明随着频率增加,蜗壳表面压力梯度呈离散化分布。蜗壳表面声功率值在1500-3000Hz范围内降低,宽频离散噪声起主导作用,在3000-5000Hz范围内集中在70d B左右;原模型和改进模型在监测点处的声压级数值接近,改进模型在整体声压级分布上比原模型低0.4d B。
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