通風散熱離心風機三維數(shù)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(nèi)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(yōu)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(jié)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(diào)節(jié)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(jù)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(nèi)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(wǎng)格模型采用四面體網(wǎng)格進行劃分[4]，最終生成體網(wǎng)格數(shù)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(shù)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(shù)據(jù)。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(jié)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(fā)現(xiàn)，在蝸殼出口區(qū)域存在明顯的高速區(qū)，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(shù)據(jù)進行分析，獲取離心風機蝸殼及葉輪表面的氣動噪聲數(shù)據(jù)，如圖5所示。可以看出，蝸殼蝸舌區(qū)域存在明顯的高噪音區(qū)域，相對應的，與蝸舌接近葉片的氣動噪音數(shù)據(jù)也高于其他葉片，說明葉輪與蝸舌之間的氣流旋轉(zhuǎn)運動是離心風機的主要氣動噪聲源。

4 小結(jié)

通過對某三維全流場通風散熱離心通風機內(nèi)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(fā)現(xiàn)：

（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(zhuǎn)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(nèi)壓力脈動及氣動噪聲特性的數(shù)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。