幾何模型建立與網(wǎng)格劃分
計算模型采用掘進(jìn)工作面4-72-5.6a 防爆防腐蝕的離心式通風(fēng)機,,其主要參數(shù):電機功率22 kw,,轉(zhuǎn)速2 930 r/min,,流量10 122~25 736 m3/h,,全壓4 152~2 330 pa,。其主要由進(jìn)風(fēng)口、集流器,、葉輪和蝸殼組成,。
離心風(fēng)機集流器中添加了米字形結(jié)構(gòu)與環(huán)形擋環(huán)。風(fēng)機結(jié)構(gòu)復(fù)雜且葉片外形不規(guī)則,,因此生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格比較困難,,相反非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格適應(yīng)能力強,在處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)時有利于網(wǎng)格的自適應(yīng),。
因此離心風(fēng)機采用四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,。使用ansys 軟件中的cfd 軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分,加米字形集流器模型網(wǎng)格數(shù)1 072 503,山東離心風(fēng)機,,網(wǎng)格節(jié)點數(shù)184 910,;普通圓弧形模型網(wǎng)格數(shù)1 296 832,網(wǎng)格節(jié)點數(shù)223 847,。以離心風(fēng)機在掘進(jìn)工作面環(huán)境下的運行工況為依據(jù),,防爆離心風(fēng)機,進(jìn)行離心風(fēng)機參數(shù)設(shè)置:流量取22 806.54 m3/h,,流速取6.335 15 m/s,, 流量取7.491 3 kg/s。把pro/e 建立的幾何模型導(dǎo)入fluent 中并對幾何模型的邊界條件計算參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,。其中入口類型采用速度進(jìn)口,出口設(shè)為壓力邊界條件,,本計算采用的樣機是礦用式離心風(fēng)機,, 出口靜壓可以近似為0,蝸殼內(nèi)壁及葉輪壁面粗糙度均取0.5,,集流器,、葉輪、蝸殼等各流體區(qū)域結(jié)合處的公共面采用interface邊界類型面,, 將葉片的壓力面和吸力面以及葉輪前盤,、后盤和轉(zhuǎn)軸的內(nèi)外表面一起定義為旋轉(zhuǎn)壁面。環(huán)境壓力為101 325 pa,,取粉塵流體密度ρ=1.225 kg/m3,。計算時采用--- 壓力速度耦合方法進(jìn)行。
離心風(fēng)機性能試驗原理及其裝置為了驗證修正后數(shù)值計算模型的準(zhǔn)確度,,對原風(fēng)機的不同工況氣動性能試驗,。將修正前后數(shù)值計算模型預(yù)測原型機性能結(jié)果與試驗值作對比分析,由數(shù)據(jù)可知,,采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε 模型預(yù)測的風(fēng)機性能曲線較試驗值存在一定誤差,,離心風(fēng)機價格,其較大誤差值達(dá)9.5%,,修正的k-ε 模型,,各流量工況下離心風(fēng)機出口靜壓計算值與試驗值吻合,其性能曲線趨于重合,,兩者誤差值明顯減小,,且較大誤差降低至3%,充分驗證了所采用的數(shù)值計算模型修正方法的可行性,,同時為下文離心風(fēng)機性能的準(zhǔn)確度和---性預(yù)測提供支撐,。設(shè)計原理分析原風(fēng)機蝸殼內(nèi)壁型線采用的是傳統(tǒng)蝸殼型線設(shè)計方法,即不考慮壁面粘性摩擦的影響,氣流動量矩保持不變,,運用不等邊基圓法繪制的近似阿基米德螺旋線,。而實際流動過程中,氣體粘性作用常導(dǎo)致其速度在過流斷面上呈現(xiàn)的分布不均勻現(xiàn)象,。
對于低速小型多翼離心風(fēng)機而言,,由于氣體流道狹窄,受粘性作用的影響,,風(fēng)機內(nèi)壁面邊界層分離加劇,,經(jīng)過葉輪加速的氣體流速沿蝸殼徑向方向逐漸減小,而在離心風(fēng)機蝸殼出口處,,由于同時受到蝸舌結(jié)構(gòu)和蝸殼壁面的影響,,其流速為管道流速度分布,受粘性作用的影響,,高壓離心風(fēng)機廠家,,蝸殼內(nèi)流體于整個流道空間內(nèi)呈現(xiàn)速度分布不均勻的現(xiàn)象,因此在實際流動過程中,,流體動量矩并不是不變的,,而是隨流動的進(jìn)行不斷減小,故基于動量矩守恒定律設(shè)計的傳統(tǒng)蝸殼型線存在動量修正的---,。改型設(shè)計方法由于氣體粘性力無法通過簡單的公式運算獲得,,且其大小受氣體速度的影響,因此本文采用一種簡單化的求解方法,,即基于傳統(tǒng)不等邊基圓法,,離心風(fēng)機運用改進(jìn)后的k-ε 模型對原風(fēng)機進(jìn)行數(shù)值模擬,設(shè)置如圖8 所示的4 個監(jiān)測截面,,其方位角φ 分別為90°,、180°、270°,、360°,。通過fluent 后處理計算得出蝸殼壁面區(qū)域于以上4 個截面處所受粘性力大小fν ,測量力矩中心至力---距離r,,由額定工況下風(fēng)機總流量q 計算得單位流體所受黏性力矩平均值m fr / q,。
葉片形狀優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響
葉片的結(jié)構(gòu)優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪平穩(wěn)運行有著重要的影響。目前很多學(xué)者研究了葉片出口安裝角的結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及葉片高度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,,但是對于葉片形狀的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究得較少,。氣流在葉片的不同區(qū)域的流動有很大的不同。在葉輪前盤,,氣流的流動方式主要是軸向流動,。在葉輪的中后盤,,氣流的流動方式主要是徑向流動。通過這種方式,,達(dá)到葉輪前盤向中后盤送風(fēng),,使葉輪中后盤出風(fēng)的目的。由此可見,,通過對葉片形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,,可以在一定程度上增加葉片的送風(fēng)量以及有效通道的寬度,使得離心風(fēng)機的效率得到提高,,從而---金屬葉輪的平穩(wěn)運行,。
離心風(fēng)機具有體積小、壓力系數(shù)---一系列優(yōu)點,,在工業(yè),、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用,是人們生產(chǎn)生活中的一種機器設(shè)備,。離心風(fēng)機主要由集流器,、蝸殼、電機以及葉片四個部件組成,。各部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化對離心風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行起著重要的作用,。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及生活水平的提高,,對離心風(fēng)機進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化越來越受到人們的關(guān)注,。因此本文通過對集流器優(yōu)化、蝸殼優(yōu)化,、電機優(yōu)化以及葉片形狀進(jìn)行優(yōu)化,,來觀察結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后的離心風(fēng)機對金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響,以促進(jìn)離心風(fēng)機的生產(chǎn)工作朝著更完善,、更健康的方向發(fā)展,。
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