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提高离心风机叶轮性能,使其工作效率更上一层

2015-08-07 点击数:1815
   离心式通风机作为流体机械的一种重要类型,广泛应用于国民经济各个部门,是主要的耗能机械之一,也是节能减排的一个重要研究领域。研究过程表明:提高叶轮设计水平,是提高效率、扩大其工况范围的关键。叶轮的设计方法简述如何设计高效、工艺简单的离心风机一直是科研人员研究的主要问题,设计高效叶轮叶片是解决这一问题的主要途径。叶轮是风机的核心气动部件,叶轮内部流动的好坏直接决定着整机的性能和效率。
    为了设计出高效的离心叶轮,科研工作者们从各种角度来研究气体在叶轮内的流动规律,寻求最佳的叶轮设计方法。最早使用的是一元设计方法,通过大量的统计数据和一定的理论分析,获得离心风机各个关键截面气动和结构参数的选择规律。在一元方法使用的初期,可以简单地通过对风机各个关键截面的平均速度计算,确定离心叶轮和蜗壳的关键参数,而且一般叶片型线采用简单的单圆弧成型。这种方法非常粗糙,设计的风机性能需要设计人员有非常丰富的经验,有时可以获得性能不错的风机,但是,大部分情况下,设计的通风机效率低下。为了改进,研究人员对叶轮轮盖的子午面型线采用过流断面的概念进行设计,如此设计出来的离心叶轮的轮盖为两段或多段圆弧,这种方法设计的叶轮虽然比前一种一元设计方法效率略有提高,但是该方法设计的风机轮盖加工难度大,成本高,很难用于大型风机和非标风机的生产。
    随着计算技术的不断发展,三维粘性流场计算获得了非常大的进步,据此,有一些研究者提出了近似模型方法。该方法是针对在工程中完全采用随机类优化方法寻优时计算量过大的问题,应用统计学的方法,提出的一种计算量小、在一定程度上可以保证设计准确性的方法。在近似模型方法应用于叶轮机械气动优化设计方面,国内外研究者们已经做了相当一部分工作,其中以响应面和人工神经网络方法应用居多。如何有效地将近似模型方法应用于多学科、多工况的优化问题,并用较少的设计参数覆盖更大的实际设计空间,是一个重要的课题。
    随着数值计算以及电子计算机的高速发展,可以采用更加复杂的方法设计离心风机叶片。苗水淼等运用全可控涡概念,建立了一种采用流线曲率法在叶轮流道的子午面上进行叶轮设计的设计方法,该方法目前已经推广至工程界,并已经取得了显著效果。但是此方法中决定叶轮设计成功与否的关键,即如何给出子午流面上叶片涡的合理分布。这一方面需要具有较丰富的设计经验;另一方面也需要在设计过程中对设计结果不断改进以符合叶片涡的分布规律,以期最终设计出高效率的叶轮机械。离心风机的二元叶片内部流动的结构是更复杂的三维流动。因此,如何利用三维流场计算方法进一步来设计高效二元离心叶轮是提高离心风机设计技术的关键。
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