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將建立好的除塵風(fēng)機(jī)三維模型導(dǎo)入icem 軟件進(jìn)行混合網(wǎng)格的劃分。其中進(jìn)出口和葉輪區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，而蝸殼部分由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是電動(dòng)機(jī)周?chē)Y(jié)構(gòu)并非規(guī)則模型，濰坊除塵風(fēng)機(jī)，故采用適應(yīng)性較強(qiáng)的非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，具體網(wǎng)格如圖3 所示。綜合考慮動(dòng)靜耦合區(qū)域?qū)?shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果的影響，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，對(duì)邊界層進(jìn)行加密處理，其較低網(wǎng)格雅克比[14]在0.3 以上。為了-數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免網(wǎng)格誤差對(duì)其模擬結(jié)果造成影響，對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，如表1 所示。綜合考慮計(jì)算精度和計(jì)算效率可知，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)為25 萬(wàn)左右時(shí)預(yù)測(cè)結(jié)果較為合理，終確定整個(gè)計(jì)算域的網(wǎng)格數(shù)為2513558。k-ε 模型作為為普遍有效的湍流模型，能夠計(jì)算大量的各種回流和薄剪切層流動(dòng)，被廣泛應(yīng)用于各類風(fēng)機(jī)的數(shù)值求解計(jì)算中。
由于有梯度擴(kuò)散項(xiàng)，模型k-ε 方程為橢圓形方程，故其特性同其他橢圓形方程，需要邊界條件：除塵風(fēng)機(jī)出口或?qū)ΨQ軸處k / n0和/ n0。但上述邊界條件只針對(duì)高雷諾數(shù)而言，在固體壁面附近，流體粘性應(yīng)力將取代湍流雷諾應(yīng)力，并在臨近固體壁面的粘性底層占主要作用。而多翼離心風(fēng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)尺寸小、相對(duì)馬赫數(shù)低，氣體黏性力在流體流動(dòng)過(guò)程中起重要作用，因此，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，礦用除塵風(fēng)機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)k-ε 模型由于未充分考慮粘性力的影響，導(dǎo)致計(jì)算模型出現(xiàn)偏差。運(yùn)用visual c++將上述修正函數(shù)編寫(xiě)為udf代碼，并導(dǎo)入fluent 內(nèi)置calculation module。為符合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)出口邊界條件設(shè)置為壓力入口和壓力出口，出口壓降與動(dòng)能成正比，從而避免在進(jìn)口和出口定義一致的速度分布[15]。后以cfd 計(jì)算的定常結(jié)果作為初始條件，進(jìn)行非定常數(shù)值計(jì)算。
為-除塵風(fēng)機(jī)受氣體粘性影響導(dǎo)致流動(dòng)分離加劇的現(xiàn)象，在傳統(tǒng)蝸殼型線設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，研究氣體粘性力矩對(duì)蝸殼壁線分布的影響，并采用動(dòng)量矩修正方法對(duì)其進(jìn)行改型設(shè)計(jì)。另外，除塵風(fēng)機(jī)廠家，為真實(shí)反映風(fēng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)分布情況，在標(biāo)準(zhǔn)k-ε 計(jì)算模型的擴(kuò)散項(xiàng)中加入粘性應(yīng)力作用，使其高計(jì)算誤差降低至3%。對(duì)比分析改型前后風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算和試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果可知，采用修改的k-ε 模型進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)改型后風(fēng)機(jī)內(nèi)旋渦強(qiáng)度減小，蝸殼出口靠近蝸舌處流動(dòng)分離得到-。試驗(yàn)結(jié)果表明：改型除塵風(fēng)機(jī)出口靜壓提升約25pa，較大全壓效率較原型機(jī)提升約10%。
同時(shí)，由于蝸殼張開(kāi)度擴(kuò)大能夠抑制流動(dòng)分離，使蝸舌附近區(qū)域的旋渦強(qiáng)度及其影響區(qū)域減小，從而有效地降低了多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲2.5db。多翼離心風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于-的各個(gè)領(lǐng)域，是工業(yè)生產(chǎn)中主要耗能設(shè)備之一，蝸殼作為離心風(fēng)機(jī)中不可或缺的基本元件，其結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性及內(nèi)部流動(dòng)的復(fù)雜性會(huì)對(duì)葉輪出口氣流角造成較大影響，使其沿圓周方向呈現(xiàn)出明顯的不對(duì)稱性。而在風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，除塵風(fēng)機(jī)葉輪出口氣流與蝸殼壁面間存在-的非定常干涉，使得蝸殼壁面成為風(fēng)機(jī)的主要噪聲源。因此提高蝸殼型線設(shè)計(jì)水平，不僅能-風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能，還能達(dá)到降低噪聲的效果。目前-外學(xué)者對(duì)離心風(fēng)機(jī)蝸殼型線的研究，主要集中在尋找能真實(shí)反映蝸殼內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法。
將除塵風(fēng)機(jī)模型導(dǎo)入icem 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分過(guò)程中對(duì)離心風(fēng)-鍵部位要進(jìn)行加密處理，如葉輪、集流器、蝸舌、進(jìn)氣箱的轉(zhuǎn)角處等。對(duì)風(fēng)機(jī)的進(jìn)口與出口適當(dāng)延長(zhǎng)，以-計(jì)算的穩(wěn)定性�？紤]到離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜且不規(guī)則性，本文采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，其中無(wú)進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量約370萬(wàn)，網(wǎng)格為0.3以上；帶進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量為380萬(wàn)，網(wǎng)格為0.3以上。
除塵風(fēng)機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)k-?模型，壁面函數(shù)為scalable，數(shù)值計(jì)算方法為-求解格式，求解格式為一階格式。由于通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，馬赫數(shù)小，可認(rèn)為氣流為不可壓縮定常流動(dòng)。進(jìn)口給定流量，出口給定靜壓，壁面條件為無(wú)滑移邊界，轉(zhuǎn)速為1 480r/min，并將流動(dòng)區(qū)域分為靜止域與旋轉(zhuǎn)域，兩者通過(guò)interface連接，連接模型為普通連接，坐標(biāo)變換為轉(zhuǎn)子算法，網(wǎng)格連接方式為ggi。本文所研究的某離心風(fēng)機(jī)葉輪有均布的16 個(gè)前向的大小葉片，除塵風(fēng)機(jī)型號(hào)，其內(nèi)部流場(chǎng)較為復(fù)雜，為了揭示除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)的流場(chǎng)特性，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行全三維數(shù)值模擬。先單獨(dú)分析了進(jìn)氣箱內(nèi)部流場(chǎng)特性，然后對(duì)進(jìn)氣箱與風(fēng)機(jī)進(jìn)行一體化分析，研究進(jìn)氣箱對(duì)離心風(fēng)機(jī)性能的影響。
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