離心風機氣動設計優(yōu)化與實測分析

離心風機氣動設計優(yōu)化與實測分析

0總結(jié)1718后向流的設計參數(shù)、第一個電機的性能值的估計和試驗結(jié)果的分析1.1溫度和流量計算7-188后向風扇設計參數(shù)：單一級、單通道；電機為1450轉(zhuǎn)/分。最小溫度：20，葉片數(shù)為10。流量為2950m3h；總壓為3040pa。流量系數(shù)=0.01?？倝合禂?shù)=0.685；相軸=0.5/0.75/17.8。1.2性能預設和實測根據(jù)廠家的要求,筆者所在清華大學流體聲學實驗室,按常規(guī)工程設計方法對7-18№8機進行了首輪氣動設計,并采用Fluent軟件包對整機三維湍流流場進行了數(shù)值模擬和性能預估。在數(shù)值計算中選取關(guān)鍵的幾個流道截面采用質(zhì)量加權(quán)平均積分計算其總壓值,進而分析流道各段總壓變化、流動損失和整機效率等數(shù)據(jù),這樣就可明確優(yōu)化方向并進行優(yōu)化。得到設計工況的優(yōu)化結(jié)果后,進行樣機性能試驗。發(fā)現(xiàn)了最佳效率點的偏移,又進行了其它工況的性能數(shù)值預估。首輪7-18風機樣機氣動設計的性能預估和實測曲線,即全壓-流量(p-Q)曲線、全壓效率-流量(Q-η)曲線,見圖1。由圖1可見,首輪樣機的數(shù)值模擬的性能預估:設計工況點(流量為2950m3/h)的全壓為3090Pa,效率為83.4%,但其最佳效率點的流量是3850m3/h,效率為84%,全壓為2700Pa;實測的性能數(shù)據(jù):設計工況點的全壓為2984Pa,效率為78.2%,但其最佳效率點的流量是3820m3/h,效率為79.5%,全壓為2900Pa。由于葉片數(shù)少,比轉(zhuǎn)數(shù)低,數(shù)值模擬和試驗數(shù)據(jù)偏差比一般要大些,但總的來看,無論是設計工況和最大效率點工況及其附近的變工況區(qū)域中,數(shù)值預估和實測結(jié)果符合尚可(筆者為了在篇幅有限的圖上,更清楚地表示數(shù)據(jù),本文所有曲線用的坐標均放大了,這樣誤差也顯得更大,特此說明)。無論從數(shù)值模擬或?qū)崪y數(shù)據(jù)都可明顯發(fā)現(xiàn):首輪7-18風機的最佳工況點的流量值比原設計流量向大流量區(qū)有相當大的偏移,設計工況點為2950m3/h,但實測和數(shù)值預估流量分別是3820m3/h和3850m3/h,二者符合很好,它們向大流量區(qū)偏移高達30%左右。7-18風機設計參數(shù)和其它過去設計的風機相比,有兩個不同:一是葉片數(shù)很少,只有10個葉片;另一特點是比轉(zhuǎn)數(shù)小,只有18。為了進一步確定原因,將葉片數(shù)增大到16,重新進行數(shù)值模擬和優(yōu)化,結(jié)果表明其最佳效率點的流量仍然是比原設計流量大很多,于是,認為很可能是小比轉(zhuǎn)數(shù)的影響。為此又對其它兩個小比轉(zhuǎn)數(shù)風機系列的結(jié)果進行了分析,考察是否也有這種類似情況。27-09和-22.7-22小比例曲線軸的數(shù)值模擬和試驗結(jié)果的分析2.17氣動設計的總體模型7-09的設計參數(shù):設計流量為1500m3/h;全壓為12000Pa;轉(zhuǎn)速為2900r/min;工作溫度為20℃;葉片數(shù)為12;對應的流量系數(shù)為0.00682;全壓系數(shù)為0.677;比轉(zhuǎn)數(shù)為9,為特小比轉(zhuǎn)數(shù)風機。7-09樣機氣動設計的性能預估和實測曲線,見圖2。由圖2可見,7-09的數(shù)值計算結(jié)果表明:在設計工況點流量1500m3/h時,預估全壓為12670Pa,全壓效率為70.9%。但是其最高效率點的流量為2100m3/h,效率為74.1%,全壓為12000Pa,最佳工況點偏移向大流量方向達40%;而從7-09的實測結(jié)果來看,設計流量1500m3/h時,全壓為13110Pa,效率為63.7%;最佳效率點流量為2300m3/h,全壓為12800Pa,效率為68.7%,最佳工況點偏移向大流量方向達53%,總的來看計算與試驗結(jié)果符合較好,二者都表明最佳工況流量向大流量區(qū)有偏離,和7-18相比,偏離更大。似乎是比轉(zhuǎn)數(shù)越小,偏離越大,數(shù)值預估和實測結(jié)果誤差也更大些。2.27-32試驗結(jié)果7-22的設計參數(shù)選擇:設計流量為4200m3/h;全壓為3040Pa;轉(zhuǎn)速為1450r/min;工作溫度為20℃;葉片數(shù)為16,對應的流量系數(shù)Φ=0.038;全壓系數(shù)Ψ=0.686;比轉(zhuǎn)數(shù)為21.2。7-22樣機氣動設計的性能預估和實測性能曲線見圖3。7-22的數(shù)值計算結(jié)果表明,其設計流量為4200m3/h時,預估全壓為3064Pa,全壓效率為85.6%;最高效率點的流量為4600m3/h,效率為86.9%,全壓為2950Pa。而由7-22試驗結(jié)果得到:在設計流量4200m3/h點,全壓為3083Pa,效率為86%。最佳工況點的位置約在4500m3/h,效率為86.2%,全壓為3050Pa。總體看來二者符合很好,最佳工況點也向大流量方向偏移,但只有10%,在上述3個算例中它是最小的,而比轉(zhuǎn)數(shù)也是最大的。3數(shù)值試驗驗證上述3個小比轉(zhuǎn)數(shù)風機的性能實測和數(shù)值預估表明:其設計工況均向大流量區(qū)偏離,而這種偏離可以通過風機變工況性能數(shù)值模擬得到預估。為了使小比轉(zhuǎn)數(shù)風機的氣動設計工況和最佳效率點工況吻合,可以在氣動設計時,故意選擇比它原設計流量小的流量值,作為設計流量,并可適當調(diào)整原設計全壓,使數(shù)值模擬得到的最佳效率點的流量恰好是原設計流量,全壓恰好是原設計全壓,而這個設計流量的選擇和相應的原設計全壓的調(diào)整值可以通過數(shù)值模擬試驗來確定。這種方法雖然需要多花不少數(shù)值計算時間,但總比通過制作大量樣機并進行性能試驗來試湊設計工況點和最大效率點的吻合,在人力、物力和時間上會節(jié)省很多,會是一種又好又快的方法。用此方法,筆者對7-18樣機進行了新一輪的氣動設計,也就是新7-18風機氣動設計,為了滿足最佳工況點是原設計流量值2950m3/h的要求,通過多次數(shù)值試驗,采用氣動的設計流量為2100m3/h,同時對原設計全壓3040Pa也進行調(diào)整為3087Pa,得到了最佳效率點的流量為3150m3/h,效率為84.5%,原設計工況點2950m3/h處全壓為3020Pa,效率為84%。雖然最佳工況點還有一定的偏移,但它和設計流量偏差只有2%,效率差異也只有0.5%,滿足原設計工況點的設計全壓要求并有相當高的效率,應該是一個較好的氣動設計。新7-18樣機氣動設計的性能預估曲線,見圖4。4小比轉(zhuǎn)數(shù)離心風機氣動設計的數(shù)值試驗及優(yōu)化經(jīng)過3個系列的小比轉(zhuǎn)數(shù)離心風機的數(shù)值計算與試驗結(jié)果的分析與總結(jié),筆者發(fā)現(xiàn)按照風機原設計參數(shù)進行氣動設計的小比轉(zhuǎn)數(shù)離心風機,在一定程度上都存在最佳工況點向大流量區(qū)偏移的情況,并且比轉(zhuǎn)數(shù)越小,其偏離情況越嚴重。對此,建議在進行小比轉(zhuǎn)數(shù)離心風機的氣動設計時,根據(jù)數(shù)值經(jīng)驗,降低原設計工況流量,同時適當調(diào)整其原設計全壓,并通過多次數(shù)值試驗,首先使設計工況點的流量和最佳效率點流量吻合,并且滿足原設計全壓要求并有盡可能高的效率。正常比轉(zhuǎn)數(shù)的離心風機氣動設計都是針對風機的設計工況流量進行,其結(jié)果是在此設計工況流量下,滿