通風散熱離心風機三維數值仿真與實驗研究

摘 要：多翼離心風機的設計要求較高，需要同時滿足流量大，噪聲低，工況點位于最高效率點等要求，而在設計初期很難對其氣動及聲學性能進行有效控制。本文建立包括離心風機葉輪及蝸殼在內的三維全流場幾何模型，完成風機的流體力學仿真計算，并對風機流量-壓力性能及噪音進行了實驗測試，對離心風機的優化仿真設計具有重要作用。

關鍵詞：多翼離心通風機；非定常；仿真；實驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.184

0 引言

通風散熱離心風機的設計包括氣動性能、結構強度等方面，其中氣動性能最為重要[1]。對于離心風機的設計要求一般包括：流量大，工況點位于最高效率點附近，效率曲線盡量平坦，調節性能好，噪聲低，抗壓能力強，維護方便等[2]。

1 研究模型

離心風機設計過程中需要根據風量、壓力等設計要求，首先完成離心葉輪的設計，之后通過等邊基方法或者不等邊基方法確定蝸殼內壁型線[3]，圖1所示為某通風散熱多翼離心風機的葉輪及蝸殼設計。

仿真的網格模型采用四面體網格進行劃分[4]，最終生成體網格數量約300萬。

2 實驗研究

仿真計算的同時對離心風機的主要性能參數進行了實驗測試，圖2所示為不同出口背壓工況下的風機流量，圖3所示為風機噪音的測試數據。從圖2多翼離心風機的流量-壓力性能曲線可以看出，風機最大壓頭約120Pa，最大流量約0.25m3/s。從圖3風機噪音測試曲線可以看出，該風機在350Hz時的噪音存在明顯峰值。

3 仿真結果

3.1 速度場

圖4所示為離心風機典型截面的速度場，從中可以發現，在蝸殼出口區域存在明顯的高速區，氣流的流動路徑是沿離心風機軸向進入，沿徑向流出風機。離心風機葉輪周圍的氣流流動分布趨勢都是類似的，葉輪與蝸殼間隙之間的流動軌跡隨蝸殼型線的變化而不同。整體看來，離心風機的氣動性能較好。

3.2 氣動噪聲

為了進一步對離心風機的噪音測試數據進行分析，獲取離心風機蝸殼及葉輪表面的氣動噪聲數據，如圖5所示。可以看出，蝸殼蝸舌區域存在明顯的高噪音區域，相對應的，與蝸舌接近葉片的氣動噪音數據也高于其他葉片，說明葉輪與蝸舌之間的氣流旋轉運動是離心風機的主要氣動噪聲源。

4 小結

通過對某三維全流場通風散熱離心通風機內流場的流體力學仿真計算，對風機流場、氣動噪聲等特性進行仿真與實驗測試，可以發現：

（1）離心風機的氣動性能較好。

（2）葉輪與蝸舌之間的氣流旋轉運動是離心風機的主要氣動噪聲源。

（3）風機在350Hz時的噪音存在明顯峰值。

參考文獻：

[1]吳玉林，陳慶光.通風機和壓縮機[M].北京：清華大學出版社， 2005：1-291.

[2]Miyamoto Hiroyuki，Nakashima Yukitoshi. Effects of splitter blades on the flows and characteristics in centrifugal impeller [J].JSME International Series，1992，35（02）：238-246.

[3]王維斌.對旋式通風機全流場內壓力脈動及氣動噪聲特性的數值研究[D].山東青島：山東科技大學，2009.

[4]LI Yang，OUYANG Hua，DU Zhao-hui.Experimental research on aerodynamic performance and exit flow field of low pressure axial flow fan with circumferential skewed blades[J].Journal of Hydrodynamic，2007（05）：579-586.

作者簡介：袁言昆（1986-），男，山東菏澤人，本科，助理工程師。