軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計要素對性能影響的數(shù)值研究碩士學(xué)位論文

1、分類號:學(xué)校代碼: udc:學(xué) 號: 碩士學(xué)位論文（類 別：全日制碩士研究生題 目：軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計要素對性能影響的數(shù)值研究英文題目：the numerical research on performance effect for design elements of axial flow fans學(xué)科名稱：熱能與動力工程 二一四年四月原創(chuàng)性聲明本人聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)及其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的

2、任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 日期： 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)有權(quán)將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容保留并向國家有關(guān)機(jī)構(gòu)、部門送交學(xué)位論文的復(fù)印件和磁盤，允許編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，也可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。為保護(hù)學(xué)校和導(dǎo)師的知識產(chǎn)權(quán)，作者畢業(yè)后涉及該學(xué)位論文的主要內(nèi)容或研究成果用于發(fā)表學(xué)術(shù)論文須征得內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)就讀期間導(dǎo)師的同意，并且版權(quán)單位必須署名為內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)方可投稿或公開發(fā)表。本學(xué)位論文屬于 保密，在 年解密后適用本授權(quán)書。不保密

3、。 （請在以上方框內(nèi)打“”）學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 日期： 摘 要軸流風(fēng)機(jī)在工業(yè)和生活中的應(yīng)用極為廣泛，同時也消耗大量能源。隨著我國面臨越來越大的環(huán)境治理和節(jié)能減排壓力，研制開發(fā)和使用高效風(fēng)機(jī)產(chǎn)品將是通風(fēng)機(jī)行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。t35型軸流通風(fēng)機(jī)是我國使用了多年的通風(fēng)換氣產(chǎn)品，其應(yīng)用范圍也很廣，但現(xiàn)有的t35風(fēng)機(jī)效率還偏低?；谀壳皌35軸流風(fēng)機(jī)效率偏低的現(xiàn)狀，本文利用工程設(shè)計經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)代設(shè)計方法研發(fā)了新t35軸流風(fēng)機(jī)，并且研究了幾個重要設(shè)計要素對其性能的影響。本文首先介紹了軸流通風(fēng)機(jī)氣動設(shè)計的工程方法特別是葉片設(shè)計，然后敘述了其進(jìn)行風(fēng)機(jī)氣動性能模擬的整機(jī)三維流場數(shù)值模擬方法

4、，包括數(shù)值建模、網(wǎng)格劃分、邊界條件設(shè)置、收斂判據(jù)等，并進(jìn)一步探討了軸流風(fēng)機(jī)在不同數(shù)值建模、不同風(fēng)機(jī)出口靜壓后處理以及不同邊界條件設(shè)置下的性能計算結(jié)果的差異。通過采用合適的建模方式和數(shù)值模擬后處理使得數(shù)值模擬結(jié)果可以與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比較。通過網(wǎng)格試驗(yàn)得到了該風(fēng)機(jī)的整機(jī)數(shù)值模擬網(wǎng)格，為后續(xù)討論t35軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計要素對其性能的影響奠定了基礎(chǔ)。其次，本文在已有t35軸流風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上得到了新t35軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計雛形，同時對已有氣動設(shè)計程序中的輸入輸出格式和部分經(jīng)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的程序不僅具有了高效靈活的特點(diǎn)，而且其可以很好的與后續(xù)的數(shù)值模擬進(jìn)行銜接。在此基礎(chǔ)上本文通過對新t35軸流風(fēng)機(jī)的三維

5、數(shù)值模擬，研究了該風(fēng)機(jī)的輪轂比、流型系數(shù)、葉片前傾和葉片前掠等設(shè)計要素對其性能的影響。最后通過上述研究得出結(jié)論為：隨著輪轂比的增大風(fēng)機(jī)全壓會先略增大而后減小，隨著輪轂比的增加風(fēng)機(jī)效率大體上會逐漸減小。風(fēng)機(jī)全壓會隨著流型系數(shù)的增大先增大后減小而后再增大，風(fēng)機(jī)效率會隨著流行系數(shù)的增大先增大而后減小。隨著葉片前傾角的增大，風(fēng)機(jī)全壓和風(fēng)機(jī)效率均會減小。風(fēng)機(jī)全壓會隨著葉片前掠角的增大先微減小后增大而后減小，風(fēng)機(jī)效率會隨著葉片前掠角的增大而波動性遞增。本文對以上的設(shè)計要素分析表明，t35軸流風(fēng)機(jī)最佳的設(shè)計是輪轂比為0.35，流型系數(shù)為0.1，不適宜采用前傾，應(yīng)該采用的是前掠。該設(shè)計方案下t35軸流風(fēng)機(jī)的性

6、能比舊t35軸流風(fēng)機(jī)的性能要好，其風(fēng)機(jī)全壓增加了36.3 pa，風(fēng)機(jī)的效率提高了5.3%。關(guān)鍵詞: 軸流風(fēng)機(jī)；設(shè)計要素；數(shù)值模擬；性能影響abstractaxial flow fans have extensive application in industry and life, they also consume abundant energy. as our country is under increasing pressure of environmental governance, energy conservation and emission reduction, fan in

7、dustry focus on the fields which are researching, developing and using high-efficiency fan products. the t35 axial flow fan is a kind of ventilation product used for many years in our country, its application range also is very wide, but the existing t35 fan efficiency is still not high. based on th

8、e current situation of inefficient t35 axial flow fan, this article developed the new t35 axial flow fan by using engineering design experience and modern design methods and studied the performance effect of several important design elements for it. firstly，this article introduced engineering method

9、 of axial flow fan pneumatic design especially including vane design, then described the whole machine three-dimensional flow field numerical simulation method in conducting fan aerodynamic performance simulation, including numerical modeling, meshing, boundary conditions, convergence criterion and

10、so on, and further discussed the performance calculation results difference of the fan under different numerical modeling, different fan outlet static pressure post-processing and different boundary condition settings. the numerical simulation results can be compared with the measured results by ado

11、pting the appropriate modeling and numerical simulation post-processing. the whole machine numerical simulation grids of the fan is obtained by grid tests, so it is of important foundation for subsequent discussing performance effect of the t35 axial fans design elements. secondly, the article got a

12、 new t35 axial flow fan design prototype on the basis of the existing t35 axial flow fan, meanwhile improved input format, output format and partialexperience parameter settings for the existing pneumatic design procedure. the improved procedure not only has the characteristics of high-efficiency an

13、d flexibility, and it can primely linkup subsequent numericalsimulation. on the basis through conducting three-dimensional numerical simulation of the new t35 axial flow fan, this article studied fan performance effect because of the fans design elements such as hub ratio, flow coefficient, forward

14、lean, forward swept and so on.finally, through the above research, the conclusions are: firstly, fan pressure increases slightly at first and then decreases with the increase of hub ratio, fan efficiency gradually decreases by and large with the increase of hub ratio. secondly, fan pressure increase

15、s at first and then decreases and increases at last with the increase of flow coefficient, fan efficiency increases at first and then decreases with the increase of flow coefficient. thirdly, fan pressure and fan efficiency decreases with the increase of forward lean angle. finally, fan pressure dec

16、reases slightly at first and then increases and decreases at last with the increase of forward swept angle, fan efficiency volatility decreases with the increase of forward swept angle. through the analysis of the above design factors, the conclusions are: the t35 axial flow fans best design is that

17、 hub ration should be 0.35, flow coefficient should be 0.1, forward lean blade is not suitable for it, forward swept blade is suitable for it. the performance of the t35 axial flow fan in the design scheme is better than the old t35 axial flow fan, the results show thattotal pressure is increased by

18、 36.3pa and total pressure efficiency is increased by 5.3%. key words: axial flow fan；design elements； numerical simulation；performance effect目 錄第一章 緒 論11.1研究背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1國外研究現(xiàn)狀21.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀31.3 cfd的理論基礎(chǔ)41.3.1 fluent的軟件介紹41.3.2 cfd的求解步驟41.3.3 cfd的思想及方法51.4 本文的研究內(nèi)容及技術(shù)路線6第二章 軸流風(fēng)機(jī)的氣動設(shè)計及數(shù)值模擬82.1

19、軸流風(fēng)機(jī)簡介82.2 軸流風(fēng)機(jī)的氣動設(shè)計92.3 軸流風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬132.3.1數(shù)值建模132.3.2幾何模型的簡化142.3.3計算域的組成142.3.4 網(wǎng)格的劃分152.3.5計算方法和邊界條件172.3.6數(shù)值模擬的收斂判據(jù)182.4 主要參數(shù)計算192.4.1全壓和靜壓的計算202.4.2 軸功率的計算212.4.3 效率的計算222.5 不同數(shù)值模擬的結(jié)果對比222.5.1 不同建模的結(jié)果對比222.5.2不同靜壓取值的結(jié)果對比242.5.3 不同邊界條件的結(jié)果對比242.6 本章小結(jié)25第三章 t35軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計要素對其性能的影響263.1 t35軸流風(fēng)機(jī)的模型建立263.1

20、.1軸流風(fēng)機(jī)氣動設(shè)計程序的改進(jìn)及葉片參數(shù)的測量263.1.2 物理模型的建立283.1.3 幾何模型的建立293.2 t35軸流風(fēng)機(jī)的網(wǎng)格試驗(yàn)293.3 t35軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計要素對其性能的影響303.3.1 輪轂比的影響303.3.2 流型系數(shù)的影響323.3.3 葉片前傾的影響343.3.4 葉片前掠的影響373.4優(yōu)化前后風(fēng)機(jī)的流場對比383.5本章小結(jié)43第四章 結(jié)論與展望444.1 結(jié)論444.2 特點(diǎn)和創(chuàng)新444.3 建議和展望45參 考 文 獻(xiàn)46致 謝49在讀期間取得的科研成果50第一章 緒 論1.1 研究背景由于軸流風(fēng)機(jī)具有較好的通風(fēng)換氣特性，這樣軸流風(fēng)機(jī)在工業(yè)和生活中的應(yīng)用極為

21、廣泛，特別是軸流風(fēng)機(jī)被大量地用在工礦企業(yè)和民用建筑中，但軸流風(fēng)機(jī)同時也消耗了大量的能源。眾所周知，隨著我國重工業(yè)的不斷發(fā)展，煤炭量的消耗也隨之增加，而其中有一大部分煤炭是被風(fēng)機(jī)消耗的1。隨著風(fēng)機(jī)的大量使用，其煤耗量將逐漸的增加。目前我國面臨著越來越大的環(huán)境治理和節(jié)能減排壓力，研制開發(fā)和使用高效風(fēng)機(jī)產(chǎn)品將是通風(fēng)機(jī)行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。與軸流風(fēng)機(jī)相比，離心風(fēng)機(jī)由于壓力系數(shù)較高、流量系數(shù)稍低，因此離心風(fēng)機(jī)被用作電廠鍋爐的送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。為了達(dá)到節(jié)能減排的目的，現(xiàn)在鍋爐的容量在逐漸增大，這樣只有通過增加離心風(fēng)機(jī)的臺數(shù)和變動離心風(fēng)機(jī)的尺寸來與大容量的鍋爐相匹配。雖然在變工況運(yùn)轉(zhuǎn)時，通過增加離心風(fēng)機(jī)的臺數(shù)和

22、增大葉輪尺寸可以提高效率和降低成本，但是這樣會導(dǎo)致投資增加和占地增多，而且隨著風(fēng)機(jī)葉輪尺寸的逐漸增大，其所需的材料強(qiáng)度也會隨之增加，這樣很不利于離心風(fēng)機(jī)廣泛地用在電廠中。相比離心風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速要比離心風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速要高，其流量也比離心風(fēng)機(jī)的流量要大，不過其全壓要比離心風(fēng)機(jī)的全壓低，因此動葉可調(diào)的軸流風(fēng)機(jī)被用作了大容量鍋爐的送引風(fēng)機(jī)。軸流風(fēng)機(jī)的“工程設(shè)計方法”即傳統(tǒng)設(shè)計方法是基于二維理想流動理論，并伴有許多經(jīng)驗(yàn)公式和系數(shù)來考慮粘性的影響，但是葉片和整機(jī)的三維影響卻無法考慮2。軸流通風(fēng)機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計方法的特點(diǎn)是簡單、應(yīng)用方便且設(shè)計周期短，至今仍然是風(fēng)機(jī)行業(yè)的主流設(shè)計方法。但是因?yàn)樵摲椒ㄍ耆雎?/p>

23、了流動的三維效應(yīng)和粘性，未考慮部件間的相互影響，忽略了靜動件間隙中存在的二次流等，所以僅用工程設(shè)計方法很難給出真正高效的設(shè)計，而且該方法常常得通過設(shè)計-實(shí)驗(yàn)-再設(shè)計的多次循環(huán)，可見傳統(tǒng)設(shè)計方法耗去了很多人力和財力。近期軸流通風(fēng)機(jī)的氣動設(shè)計有了二個重要變化：一是出現(xiàn)了風(fēng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計方法，它應(yīng)用了cfd技術(shù)，可以考慮三維和粘性的影響。“現(xiàn)代設(shè)計方法”是利用工程設(shè)計方法先設(shè)計出一個原始的方案，然后再利用cfd來仔細(xì)分析風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的壓力分布、速度分布及總體性能等，而且不斷地對該設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化處理，最后利用數(shù)值計算預(yù)估出最佳設(shè)計方案下的風(fēng)機(jī)全壓和全壓效率?，F(xiàn)代設(shè)計方法的重點(diǎn)和難點(diǎn)是如何讓風(fēng)機(jī)性能的數(shù)值

24、預(yù)估與實(shí)測相吻合，實(shí)際上現(xiàn)代設(shè)計方法是cfd計算與工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計的有機(jī)結(jié)合，即通過工程設(shè)計給出模型，利用數(shù)值計算校驗(yàn)設(shè)計效果，并進(jìn)一步提供優(yōu)化設(shè)計的改進(jìn)方向?，F(xiàn)代設(shè)計方法現(xiàn)在已有很多研究，也得到很好的應(yīng)用。二是現(xiàn)代風(fēng)機(jī)技術(shù)比傳統(tǒng)設(shè)計方法有了新的進(jìn)步，出現(xiàn)了可控渦設(shè)計和非徑向堆積技術(shù)3。本文采用以上技術(shù)進(jìn)行了t35軸流風(fēng)機(jī)的數(shù)值建模，并通過整機(jī)三維湍流流場數(shù)值模擬分析了軸流風(fēng)機(jī)主要設(shè)計要素對風(fēng)機(jī)性能的影響。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀francois g. louw等人4討論了進(jìn)口無導(dǎo)葉軸流風(fēng)機(jī)的氣動設(shè)計，同時指出不同流型系數(shù)具有不同的氣動設(shè)計，而且合適的可控渦設(shè)計要比自由渦設(shè)計

25、復(fù)雜的多。并且還指出輪轂比對風(fēng)機(jī)性能有重要的影響，較小的輪轂比有較大的靜壓效率但有較小的風(fēng)機(jī)靜壓，為了提高風(fēng)機(jī)靜壓，需要有較大的葉片扭曲，這樣就會導(dǎo)致流動損失增大。j. vad5分析了軸流風(fēng)機(jī)和無導(dǎo)葉壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的葉片非徑向堆積技術(shù)即葉片前傾和葉片前掠對風(fēng)機(jī)氣動性能的影響。分析結(jié)果顯示葉片前掠和葉片前傾可以改善軸流風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的性能，具體的說可以改善其效率，擴(kuò)展其非時速工況范圍。而且指出cfd可以預(yù)估非徑向堆積技術(shù)對風(fēng)機(jī)氣動性能的影響，同時還提出cfd是將前掠和前傾并入葉片設(shè)計的必要工具。j. vad等人6等通過對比葉片采用不同流型系數(shù)后得出結(jié)論：若流型系數(shù)-1即自由渦設(shè)計時，該設(shè)計葉片吸力

26、邊邊界層內(nèi)的流體要徑向向外遷移。而若流型系數(shù)-1即可控渦設(shè)計時，該設(shè)計葉片吸力邊邊界層內(nèi)的流體徑向向外遷移的強(qiáng)度比自由渦設(shè)計時的大。對比葉片前掠在自由渦設(shè)計和可控渦設(shè)計時的作用，葉片前掠更適合于在可控渦設(shè)計中來改善葉頂?shù)膿p失。s-j seo等人78在低速軸流風(fēng)機(jī)的整機(jī)數(shù)值模擬中采用了葉片非徑向堆積技術(shù)，并且提出若該風(fēng)機(jī)同時采用葉片前傾和葉片前掠，那么此風(fēng)機(jī)的性能將得到很好地改善，同時指出在一個設(shè)計工況的全壓值下該風(fēng)機(jī)的數(shù)值計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相符合。zhou dugao等人9提出用流型系數(shù)-1即自由渦設(shè)計來優(yōu)化礦用軸流風(fēng)機(jī)，結(jié)果顯示該設(shè)計下的風(fēng)機(jī)效率要比同類型風(fēng)機(jī)的效率高得多，同時該風(fēng)機(jī)采用自由渦設(shè)

27、計后其噪聲也相應(yīng)得到了降低。e benini10提出在軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計時要采用區(qū)間流量而不是設(shè)計點(diǎn)來設(shè)計風(fēng)機(jī)的效率。因?yàn)槿糨S流通風(fēng)機(jī)采用了區(qū)間流量來設(shè)計其效率，結(jié)果顯示該風(fēng)機(jī)會在各種工況下運(yùn)行良好。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀李嵩等人11結(jié)合軸流風(fēng)機(jī)的氣動設(shè)計闡述了軸流風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬地位和技巧，其中敘述了如何進(jìn)行整機(jī)建模，如何進(jìn)行網(wǎng)格設(shè)置，如何進(jìn)行邊界設(shè)置以及如何進(jìn)行fluent后處理。同時文中指出做數(shù)值模擬時需要利用技巧才能得到正確的模擬結(jié)果，而數(shù)值模擬技巧只能通過長期的實(shí)踐才可獲得。王巍雄等人12指出軸流風(fēng)機(jī)葉片成型最好采用不可展開曲面的極值展開方法，同時敘述了極值展開方法的操作步驟。與以往軸流

28、風(fēng)機(jī)要采用直接展開法相比，采用極值展開方法進(jìn)行葉片成型可以提高葉片設(shè)計的精準(zhǔn)性，同時也可以展開唯一的一個葉片，這樣也就使得誤差分布變得均勻。金元日等人13對低壓軸流通風(fēng)機(jī)分別采用自由渦設(shè)計和可控渦設(shè)計進(jìn)行整機(jī)數(shù)值建模，并且對采用可控渦設(shè)計的風(fēng)機(jī)進(jìn)行了性能預(yù)測分析。根據(jù)fluent計算結(jié)果得出，采用可控渦設(shè)計的風(fēng)機(jī)不僅可以使葉片根部流動更加順暢，同時此設(shè)計也降低了該風(fēng)機(jī)的噪聲。昌澤舟等人14提出利用葉片非徑向堆積技術(shù)來進(jìn)行紡織軸流通風(fēng)機(jī)的設(shè)計。同時指出若紡織軸流通風(fēng)機(jī)同時采用葉片前傾和葉片前掠，那么該風(fēng)機(jī)的性能將明顯會得到提高。與以往的普通紡織軸流通風(fēng)機(jī)相比，新型紡織軸流通風(fēng)機(jī)的效率明顯得到了提

29、高，同時新型紡織軸流通風(fēng)機(jī)的噪聲也相應(yīng)得到了提高，另外改進(jìn)后的紡織軸流風(fēng)機(jī)變得更加輕便。周帆等人15對t40軸流風(fēng)機(jī)的輪轂比進(jìn)行了改變，并建立了6種不同輪轂比的t40軸流風(fēng)機(jī)的數(shù)值模型，這6種輪轂比分別為0.325、0.350、0.375、0.400、0.425和0.450。fluent計算結(jié)果表明，在設(shè)計工況下該風(fēng)機(jī)的效率會隨著輪轂比的降低而降低。當(dāng)輪轂比為0.35時，該風(fēng)機(jī)的效率將達(dá)到最高。而當(dāng)輪轂比為0.45時，該風(fēng)機(jī)的效率會最低。同時該文章還指出了葉片承受載荷的部位，其為葉片的扭曲軸線上和該風(fēng)機(jī)的葉頂上。由此可見，以上文獻(xiàn)均分析了軸流風(fēng)機(jī)中某一個設(shè)計要素對其性能的影響，并沒有分析軸流風(fēng)

30、機(jī)的各設(shè)計要素對其性能的影響。針對上述情況，本文基于目前效率偏低的t35軸流風(fēng)機(jī)，利用工程設(shè)計經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)代風(fēng)機(jī)設(shè)計方法以及已經(jīng)開發(fā)的風(fēng)機(jī)氣動設(shè)計程序?qū)ζ溥M(jìn)行了整機(jī)數(shù)值模擬和性能優(yōu)化，結(jié)果得到了性能明顯改進(jìn)的新t35軸流風(fēng)機(jī)。本文最后研究了優(yōu)化后風(fēng)機(jī)的幾個重要設(shè)計要素對其性能的影響，這些設(shè)計要素包括輪轂比、流型系數(shù)、葉片前傾和葉片前掠。1.3 cfd的理論基礎(chǔ)1.3.1 fluent的軟件介紹數(shù)值建模中常用的軟件有fluent、tecplot和solidworks等，其中fluent軟件可以模擬各種物理過程中存在的復(fù)雜流動，另外fluent的前處理器gambit軟件可以進(jìn)行數(shù)值建模，網(wǎng)格劃分以及邊

31、界條件的設(shè)置，同時fluent的后處理還可以監(jiān)測數(shù)值模型的云圖、流場和速度場?？梢哉ffluent后處理器有豐富的后處理功能，這樣該軟件得到了較廣泛的應(yīng)用，一般情況下fluent軟件包括三部分16：（1）前處理：fluent中常用的前處理軟件包括gambit、cad和solidworks等。其中g(shù)ambit軟件的主要功能是去建立與實(shí)際相匹配的數(shù)值模型，并且對建立的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件的設(shè)置。若要建的幾何模型比較復(fù)雜，可以先用cad和solidworks軟件進(jìn)行建模，再將其導(dǎo)入gambit軟件中，最后利用fluent軟件進(jìn)行相應(yīng)的計算。（2）求解器：其主要功能是為導(dǎo)入到fluent軟件中的模

32、型提供相應(yīng)的求解器。為了與實(shí)際物理過程相符，需要對導(dǎo)入的模型進(jìn)行材料屬性的設(shè)置，并且針對不同的模型相應(yīng)進(jìn)行不同的邊界設(shè)置，另外根據(jù)計算的需要去設(shè)置檢測面，最后進(jìn)行迭代求解計算。（3）后處理：其作用是對fluent的計算結(jié)果進(jìn)行流場和云圖的觀測，因fluent軟件有比較強(qiáng)大的后處理功能，其可以直接進(jìn)行速度場、流場和云圖的檢測，另外還可以通過tecplot等軟件對該模型進(jìn)行后處理。1.3.2 cfd的求解步驟圖1-1可以直觀的看出求解cfd問題的一般步驟，對于具體的問題進(jìn)行數(shù)值計算之前，首先要對待解的物理問題建立相應(yīng)的控制方程，并且通過設(shè)置初始條件和邊界條件來得到計算的唯一解1718。其次為了與實(shí)

33、際相符，需要建立相應(yīng)的計算區(qū)域，另外要對計算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，同時要確定每個子區(qū)域上的節(jié)點(diǎn)。然后在計算域的網(wǎng)格上將已建好的控制方程進(jìn)行離散，離散時根據(jù)所要的計算精度去選擇相應(yīng)的離散格式，這樣就將原控制方程轉(zhuǎn)變成變成對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的代數(shù)方程組。離散后的方程可以采用兩大求解法進(jìn)行求解，這兩大求解法分別為顯式求解法和隱式求解法。為了與實(shí)際物理問題相符，離散方程中的條件設(shè)置必須與實(shí)際物理?xiàng)l件相一致，而且離散方程需要給定求解控制參數(shù)進(jìn)行求解。如果計算解收斂，可以直接輸出計算結(jié)果。如果不收斂，就需要調(diào)整網(wǎng)格、邊界條件和其它計算參數(shù)設(shè)置，最后重新進(jìn)行計算。圖1-1 cfd工作流程圖fig.1-1 cfd work

34、 flow chart1.3.3 cfd的思想及方法cfd是通過計算技術(shù)來解決實(shí)際的物理問題，并且針對fluent計算結(jié)果去得到相應(yīng)的流動規(guī)律19。在fluent計算之前，要先對計算流體區(qū)域進(jìn)行離散處理，用離散后的節(jié)點(diǎn)值去代替空間域上物理量的場。根據(jù)原理將離散方法分為有限差分法、有限元法和有限體積法等。與有限差分法和有限元法相比，有限體積法的計算速度更快，因此其成為了cfd常用的離散方法。所謂有限體積法就是將所要計算的流體區(qū)域進(jìn)行劃分，這樣就將計算流體區(qū)域轉(zhuǎn)化為一系列不重疊的小控制體積，另外要求每個網(wǎng)格點(diǎn)周圍都必須要有一個控制體，每個節(jié)點(diǎn)代表了對應(yīng)的控制體。最后在每個控制體上將待解的控制方程做

35、積分處理且導(dǎo)出對應(yīng)的離散方程，最后求解導(dǎo)出的離散方程，這樣就可以得到了與實(shí)際物理模型相符合的解。隨著計算機(jī)速度、內(nèi)存和效率的提升，計算流體力學(xué)即cfd也不斷發(fā)展，利用cfd進(jìn)行數(shù)值模擬能夠較準(zhǔn)確地獲得真實(shí)流場的信息，而且通過后處理軟件還可以得到數(shù)值模型的速度場和云圖，這些都為風(fēng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計奠定了有利的條件。1998年清華大學(xué)朱之墀等成功地將cfd應(yīng)用到了離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計中，同時也提出了現(xiàn)代風(fēng)機(jī)氣動設(shè)計方法，另外邊曉東博士又對現(xiàn)代風(fēng)機(jī)氣動設(shè)計方法進(jìn)行了完善。該方法在開發(fā)性能良好的7-35風(fēng)機(jī)系列中獲得了成功，后來此方法又在其它離心和軸流風(fēng)機(jī)的開發(fā)中應(yīng)用成功20，可以說它將改進(jìn)的工程設(shè)計、cfd數(shù)值

36、模擬和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)有機(jī)的結(jié)合起來?，F(xiàn)代風(fēng)機(jī)氣動設(shè)計方法的工作流程如圖1-2所示，其具體的實(shí)施步驟是先利用現(xiàn)代設(shè)計方法進(jìn)行風(fēng)機(jī)的氣動設(shè)計，然后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值建模、fluent計算以及進(jìn)行fluent后處理，同時將建好的模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，最后通過現(xiàn)場測試來驗(yàn)證該設(shè)計方案。可見該設(shè)計方法不僅可以減少風(fēng)機(jī)的設(shè)計時間，同時也節(jié)約了風(fēng)機(jī)設(shè)計時的成本。圖1-2 現(xiàn)代設(shè)計方法的工作流程fig.1-2 working process of modern design method1.4 本文的研究內(nèi)容及技術(shù)路線基于目前t35軸流風(fēng)機(jī)效率偏低的現(xiàn)狀，本文進(jìn)行了新t35軸流風(fēng)機(jī)的開發(fā)，并且利用工程設(shè)計經(jīng)驗(yàn)、風(fēng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計

37、方法和已有的軸流風(fēng)機(jī)氣動設(shè)計程序?qū)ζ溥M(jìn)行了整機(jī)數(shù)值模擬和性能優(yōu)化，結(jié)果得到了性能明顯改善的新t35軸流風(fēng)機(jī)，同時分析了優(yōu)化后t35軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計要素對其的性能影響，具體的研究工作如下：（1）對已有的t35軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行了整機(jī)數(shù)值建模，并且將該數(shù)值建模的計算結(jié)果與廠家的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。（2）用已有的氣動設(shè)計程序和數(shù)值成型方法來近似模擬t35風(fēng)機(jī)的葉片各截面型線和葉弦?guī)缀谓?，并預(yù)估了該數(shù)值建模的全壓和效率，這樣可以保證數(shù)值計算結(jié)果能與現(xiàn)有t35風(fēng)機(jī)的性能一致。最后適當(dāng)調(diào)整了t35軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計參數(shù)，經(jīng)過對比將性能較好的t35軸流風(fēng)機(jī)作為新t35軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計雛形。（3）通過改變新t35軸流風(fēng)機(jī)的

38、設(shè)計要素去計算該風(fēng)機(jī)的全壓和效率，這些設(shè)計要素包括輪轂比、流型系數(shù)、葉片前傾、葉片前掠，同時分析了不同設(shè)計要素對新t35軸流風(fēng)機(jī)的性能影響，最后通過分析綜合得到了性能明顯改善的新t35軸流風(fēng)機(jī)樣機(jī)。第二章 軸流風(fēng)機(jī)的氣動設(shè)計及數(shù)值模擬本文的目標(biāo)是研究t35軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計要素對其性能的影響，為了很好的分析各設(shè)計要素的影響，需要了解軸流風(fēng)機(jī)的基本概念和氣動設(shè)計。作為基礎(chǔ)性的研究工作，本章首先敘述軸流風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬，著重介紹軸流風(fēng)機(jī)幾何模型的建立、網(wǎng)格的劃分、邊界條件的設(shè)置、計算域的簡化、模擬結(jié)果的收斂標(biāo)準(zhǔn)以及數(shù)值結(jié)果的處理方法等。然后本章將進(jìn)一步討論不同數(shù)值建模、風(fēng)機(jī)靜壓及邊界設(shè)置對軸流風(fēng)機(jī)性能的

39、影響，從而為下一章討論新t35軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計要素對其性能的影響奠定了基礎(chǔ)。2.1 軸流風(fēng)機(jī)簡介 按照氣流的進(jìn)出方式不同，可將通風(fēng)機(jī)分為離心風(fēng)機(jī)、斜流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)，在軸流風(fēng)機(jī)中氣流是軸向進(jìn)入并且軸向流出。軸流風(fēng)機(jī)的工作流程是氣流經(jīng)過進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入到風(fēng)機(jī)中，通過軸流風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉獲得預(yù)旋，然后通過軸流風(fēng)機(jī)的動葉獲得能量，最后經(jīng)過出口延伸區(qū)將氣流的周向動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，同時氣流的軸流速度也變得均勻。與離心風(fēng)機(jī)相比，低壓軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)壓力較低，其壓力一般低于490 pa，但其流量比離心風(fēng)機(jī)的流量大，軸流風(fēng)機(jī)一般采用單級結(jié)構(gòu)21。如圖2-1所示，軸流風(fēng)機(jī)一般由整流罩、前導(dǎo)葉、葉輪、外筒和擴(kuò)散筒組成，其中葉輪和

40、前導(dǎo)葉組成了該風(fēng)機(jī)的級，下面詳細(xì)介紹軸流風(fēng)機(jī)每一個組成部件的作用。1-整流罩2-前導(dǎo)葉3-葉輪 4-外筒 5-擴(kuò)散筒圖2-1 軸流通風(fēng)機(jī)示意圖fig.2-1 the schematic diagram of axial flow fan（1）整流罩：為了改善軸流風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣條件，需要在軸流風(fēng)機(jī)葉輪或前導(dǎo)葉之前安裝整流罩。實(shí)踐證明安裝整流罩可提高風(fēng)機(jī)全壓和全壓效率，同時軸流風(fēng)機(jī)的噪聲也得到降低。一般整流罩為半球或半橢球形。（2）導(dǎo)葉：分前導(dǎo)葉和后導(dǎo)葉兩大類。前導(dǎo)葉可以使氣流有預(yù)旋地進(jìn)入葉輪，這樣就可以使軸流風(fēng)機(jī)的一部分軸向氣流轉(zhuǎn)變?yōu)橹芟驓饬?，通過這種轉(zhuǎn)變可提高軸流風(fēng)機(jī)的靜壓。與軸流風(fēng)機(jī)的前導(dǎo)葉對比

41、，后導(dǎo)葉可以使軸流風(fēng)機(jī)的一部分周向動壓轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)機(jī)靜壓，另外通過安裝后導(dǎo)葉也可以降低氣流與外筒之間的摩擦損失。（3）葉輪：主要功能是通過葉輪旋轉(zhuǎn)對氣流做功，使得氣流獲得能量，其中葉輪由輪轂和動葉組成，通常動葉是焊接在輪轂上。軸流風(fēng)機(jī)的動葉通常從葉根到葉頂是扭曲狀的，其分為機(jī)翼型和圓弧板型等。（4）外筒：包覆在軸流風(fēng)機(jī)的葉輪外面，可以起到收集和導(dǎo)向氣流的作用。（5）擴(kuò)壓筒：作用是將軸流風(fēng)機(jī)中一部分氣流的軸流動壓轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)機(jī)靜壓，同時也可以減少出口氣流的擴(kuò)散損失。2.2 軸流風(fēng)機(jī)的氣動設(shè)計傳統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)的氣動設(shè)計大多采用二維理想流動理論，并伴有一些經(jīng)驗(yàn)公式和氣動設(shè)計參數(shù)22。核心方程是由二維理想流動假定

42、的連續(xù)方程和動量方程導(dǎo)出的流型方程即式（2-1），氣動設(shè)計參數(shù)包括由風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到的葉型升力和阻力系數(shù)以及考慮粘性修正的葉型流動效率等。流型方程中的流型系數(shù)對軸流風(fēng)機(jī)的性能影響很大，傳統(tǒng)設(shè)計時軸流風(fēng)機(jī)采用自由渦設(shè)計即流型系數(shù)=1，近年來軸流風(fēng)機(jī)采用可控渦設(shè)計即1。另外傳統(tǒng)設(shè)計時軸流風(fēng)機(jī)要采用葉片徑向堆積成型技術(shù)，而現(xiàn)在設(shè)計軸流風(fēng)機(jī)時一般采用葉片非徑向堆積技術(shù)。 （2-1）式中：周向速度，m/s；絕對速度，m/s；半徑，m；速度的周向分量；流型系數(shù)。（1）流型系數(shù)的選取若軸流風(fēng)機(jī)采用合適的流型系數(shù)進(jìn)行設(shè)計，那么其可以最大限度地利用電機(jī)輸入的功率，還可以將電機(jī)輸入功率最大限度地轉(zhuǎn)化為軸流風(fēng)機(jī)的氣動功

43、，這樣也就使得軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)出口動能即式（2-2）減少到了最小。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)出口動能達(dá)到最小時要滿足流型方程即，所以本文采用滿足的流型系數(shù)進(jìn)行t35軸流風(fēng)機(jī)的葉片設(shè)計23。 （2-2）式中：空氣的密度，kg/m3；軸向速度，m/s；速度的軸向分量；風(fēng)量，m3/h。（2）參數(shù)選取氣動設(shè)計參數(shù)是根據(jù)軸流風(fēng)機(jī)的工作要求而給定的工況參數(shù)，包括全壓、風(fēng)量、葉輪直徑、轉(zhuǎn)速以及氣體密度等。另外具體設(shè)計時還需要選取的參數(shù)是輪轂比、流型系數(shù)、弦長與葉型曲率半徑之比、效率曲線和升力系數(shù)曲線。根據(jù)以上選取的參數(shù)利用下面的計算公式去得到葉片的幾何參數(shù)，這些幾何參數(shù)包括拱高、弦長、葉型半徑和安裝角等。（3）主要計算公式1圓

44、周速度和壓力系數(shù)的表達(dá)式分別如式（2-3）和（2-4）所示： （2-3）式中：葉輪直徑，m；葉頂（葉片最大半徑處）；轉(zhuǎn)速，rpm；圓周速度，m/s；葉頂圓周速度，m/s。 （2-4）式中：壓力系數(shù)；全壓，pa。在軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計中，軸流風(fēng)機(jī)是否加前后導(dǎo)葉要由值來定，具體為：當(dāng)時，軸流風(fēng)機(jī)不加前后導(dǎo)葉；當(dāng)時，軸流風(fēng)機(jī)要加后導(dǎo)葉；當(dāng)時，軸流風(fēng)機(jī)既要加前導(dǎo)葉也要加后導(dǎo)葉。因?yàn)楸疚牡膲毫ο禂?shù)，這樣設(shè)計t35軸流風(fēng)機(jī)時不加前導(dǎo)葉和后導(dǎo)葉24。2若軸向速度均勻，則有式（2-5）和（2-6）： （2-5）式中： 輪轂直徑，m；輪轂比。 （2-6）式中： 進(jìn)口軸向速度，m/s；1氣流進(jìn)口。3葉片各基元級i截面上

45、的出口周向速度，出口軸向速度和全壓由徑平衡方程（2-7），能量方程（2-8）及流型方程（2-9）共同確定。 （2-7）式中：出口周向速度，m/s；2氣流出口；出口軸向速度，m/s。 （2-8）式中：流動效率，由經(jīng)驗(yàn)給出。 （2-9）4圖2-2是葉片基元級的速度三角形平面圖，圖中表示絕對氣流角，相應(yīng)的各參數(shù)計算公式見（2-10）（2-18）所示：圖2-2 葉型參數(shù)示意圖fig.2-2 the schematic diagram of vane type parameter假定軸流風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)口處的氣流均勻，因而有： （2-10）式中：進(jìn)口絕對速度，m/s； （2-11）式中：進(jìn)口周向速度，m/s；

46、 （2-12）式中：進(jìn)口相對速度，m/s；進(jìn)口圓周速度，m/s； （2-13）式中：進(jìn)口相對氣流角，； （2-14）式中：出口相對速度，m/s；出口圓周速度，m/s。 （2-15）式中：出口相對氣流角，； （2-16）式中：平均氣流速度，m/s； （2-17）式中：平均氣流角，； （2-18）5確定葉片參數(shù)：當(dāng)葉片數(shù)值在范圍內(nèi)，并且攻角在2附近時，此葉片具有最佳的氣動特性，相應(yīng)葉片參數(shù)的計算公式見式（2-19）（2-21）所示： （2-19）式中：攻角，；弦長，m；升力系數(shù)；葉型曲線的曲率半徑，m。 （2-20）式中：安裝角，； （2-21）式中：葉片數(shù)；葉輪轉(zhuǎn)動的角速度，rad/s。6葉片的

47、成型：葉片各基元級確定后，需要將它們堆積起來組成一個葉片，這一過程稱為葉片的成型25。最早葉片成型都是用圓柱面成型，具體是將葉片的各個基元級型線都靠在一個合適半徑的圓柱面上成型一個葉片，顯然成型后葉片的各基元級型線和原來設(shè)計的各基元級型線會有較大差別。對比葉片的圓柱面成型，葉片圓錐面成型是將葉片成型在一個圓錐面上，實(shí)踐證明葉片采用圓錐面成型時成型后葉片和原來設(shè)計葉片的差別會更小。2.3 軸流風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬2.3.1 數(shù)值建模圖2-3 軸流風(fēng)機(jī)的建模圖fig.2-3 modeling figure of axial flow fan數(shù)值建模包括模型的建立、網(wǎng)格的劃分、邊界條件的設(shè)置和數(shù)值計算的后

48、處理等，可見數(shù)值建模是數(shù)值計算中的一個很關(guān)鍵步驟26。以低壓軸流風(fēng)機(jī)的數(shù)值建模為例，如上圖2-3所示。有些文獻(xiàn)認(rèn)為只要包括集流器、葉輪以及在此風(fēng)機(jī)前或后連接一段短管道等就可以進(jìn)行此風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬，同時認(rèn)為可以利用國家標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)機(jī)性能測試數(shù)據(jù)來考核該風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬結(jié)果，并且以為該數(shù)值建模已經(jīng)考慮了風(fēng)機(jī)各部件的影響，其實(shí)這樣的數(shù)值建模是有問題的。因?yàn)槔脟覙?biāo)準(zhǔn)的風(fēng)機(jī)性能測試數(shù)據(jù)來考核模擬結(jié)果要滿足下面的條件，該條件是要在風(fēng)機(jī)前或后連接一段很長的管道，通過連接長管道去得到一段均勻的流動區(qū)域。2.3.2 幾何模型的簡化為了建立風(fēng)機(jī)的三維流場計算域，需要先將風(fēng)機(jī)的工程設(shè)計參數(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際風(fēng)機(jī)的三維數(shù)值建模

49、。因?yàn)槔靡延械腸ad軟件進(jìn)行工業(yè)造型無法滿足計算要求，這樣本文采用商用cfd軟件進(jìn)行風(fēng)機(jī)的三維數(shù)值建模。在風(fēng)機(jī)的三維數(shù)值建模時，需要將風(fēng)機(jī)模型建立的盡量簡潔和合理27。所謂模型的簡潔性，就是對風(fēng)機(jī)的三維模型作適當(dāng)?shù)暮喕?，具體是要減去對風(fēng)機(jī)性能影響很小的、不必要的細(xì)節(jié)部分，比如：風(fēng)機(jī)實(shí)際的一些小零件如螺絲，螺栓等。簡化后的風(fēng)機(jī)模型在流場數(shù)值模擬計算時可大大節(jié)省計算資源，這樣把更多的計算資源用到了其它的數(shù)值計算上。所謂模型的合理性，就是為了合理給定風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口邊界條件而增加的一些計算域，具體是在風(fēng)機(jī)進(jìn)口增加一段管道，風(fēng)機(jī)出口用一個半球模擬出口環(huán)境，這樣的處理并沒有增加過多的計算量，反而改善了模擬

50、計算的預(yù)測精度。2.3.3 計算域的組成本文采用fluent自帶的前處理器gambit軟件進(jìn)行t35軸流風(fēng)機(jī)的數(shù)值建模，該模型包括下面五部分，具體如圖2-3和2-4所示。（1）進(jìn)口延伸區(qū)：管道長度為12m即15d，其中d為管道的直徑。（2）進(jìn)風(fēng)口：進(jìn)口直徑為0.8m，出口直徑即葉輪進(jìn)口直徑為0.634m，進(jìn)風(fēng)口的形狀是喇叭形。（3）葉輪：葉輪直徑為0.634m，其包括輪轂和葉片，葉片數(shù)為4片。（4）電機(jī)：數(shù)值模擬時對電機(jī)做了簡化，直接用圓柱體代替電機(jī)；（5）出口球體：本文用直徑為6.34m的出口球體來模擬t35軸流風(fēng)機(jī)的出口環(huán)境，并采用壓力出口來設(shè)置出口邊界。圖2-4計算域的放大圖fig.2-

51、4 enlarged figure of computational domain2.3.4 網(wǎng)格的劃分網(wǎng)格質(zhì)量直接關(guān)系到計算精度、計算時間以及計算的收斂性，劃分網(wǎng)格時要求單元體不能有大的畸變率，并限制畸變率超過0.97的單元體數(shù)目。本文采用fluent自帶的前處理器gambit軟件進(jìn)行新t35軸流風(fēng)機(jī)模型的網(wǎng)格劃分。如圖2-5所示，該模型的整機(jī)網(wǎng)格為3149348，進(jìn)口延伸區(qū)為708275，集流器為178589，葉輪體為1143604，出口通道為605845，出口球體為496354。圖2-5新t35軸流風(fēng)機(jī)的網(wǎng)格圖fig.2-5 grid map of new t35 axial flow

52、fan因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)網(wǎng)格不僅限制了網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)性，而且還不能模擬復(fù)雜的幾何體。與結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格彌補(bǔ)了結(jié)構(gòu)網(wǎng)格存在的以上缺陷，因此復(fù)雜的計算模型通常都采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行劃分。利用gambit軟件對復(fù)雜的幾何體進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的劃分，操作中不需要調(diào)整邊界上網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的位置，而且gambit中的工具“尺寸函數(shù)（size function）”可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格的局部加密28。圖2-6 葉輪網(wǎng)格示意圖fig.2-6 grid map of the impeller 圖2-7 葉片吸力邊的y+ 值 圖2-8 葉片壓力邊的y+值fig.2-7 y+ value of the fig.2-8 y+ value o

53、f the blade suction side blade pressure side葉片近壁面的y+值很重要，其會直接影響風(fēng)機(jī)的軸功率和效率。若葉片近壁面的y+值太小，則對應(yīng)該近壁面的第一排網(wǎng)格就可能落在層流底層，這樣會因網(wǎng)格生成太多而無法進(jìn)行計算。若葉片近壁面的y+值太大，則對應(yīng)該近壁面的第一排網(wǎng)格將超出邊界層湍流充分發(fā)展區(qū)，這種情況下來計算壁面切應(yīng)力也是不對的。另外不同風(fēng)機(jī)要求葉片面的y+值也會不同293031，如：在進(jìn)行離心風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬時，該風(fēng)機(jī)葉片面上的y+值應(yīng)在60100范圍內(nèi)；而在進(jìn)行軸流風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬時，該風(fēng)機(jī)葉片面上的y+值大體要在100200范圍內(nèi)。為了使風(fēng)機(jī)壁面的y+值在

54、200以內(nèi)，在劃分網(wǎng)格時需要對風(fēng)機(jī)壁面進(jìn)行網(wǎng)格加密，此加密通過在風(fēng)機(jī)計算域內(nèi)定義加密函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。由于葉輪是風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵部件，因此葉輪的網(wǎng)格加密一定要格外的關(guān)注，圖2-6為優(yōu)化后t35軸流風(fēng)機(jī)的葉輪網(wǎng)格示意圖。本文將優(yōu)化后t35軸流風(fēng)機(jī)的數(shù)值模型導(dǎo)入fluent中進(jìn)行計算，根據(jù)計算的結(jié)果監(jiān)測了葉片吸力面和壓力面的y+值，上面圖2-7和圖2-8分別給出了優(yōu)化后t35軸流風(fēng)機(jī)的葉片吸力面和壓力面的y+值。從圖2-7中可見，葉片吸力面的y+值大體都在31.7, 190.3之間，僅僅該葉片吸力面中心的y+值在190.3, 222.0之間。而如圖2-8所示，葉片壓力面的y+值都在31.7, 158.5范圍之內(nèi)，可見優(yōu)化后t35軸流風(fēng)機(jī)的葉片滿足風(fēng)機(jī)壁面y+的要求。 2.3.5 計算方法和邊界條件軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部的實(shí)際流動是非定常的，葉柵之間以及葉輪和機(jī)殼之間的相互作用都會造成軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部的非定常流動32。但是由于存在計算機(jī)容量和計算時間的問題，另外在風(fēng)機(jī)的研究中主要關(guān)注的是風(fēng)機(jī)總壓、軸功率以及風(fēng)機(jī)效率等這些整體的性能參數(shù)，而不是關(guān)注風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的細(xì)節(jié)，所以可以忽略軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部實(shí)際流動的不定常性，將風(fēng)機(jī)內(nèi)部的實(shí)際流動簡化為不可壓定常流動。算法求解器：分離的隱式算法。湍流模式：本文采用標(biāo)準(zhǔn)k-雙方程湍流模式來模擬軸流風(fēng)機(jī)在設(shè)計工況附近的湍流場。由于fluent軟件自帶壁函數(shù)，所以本文利用fluent自