采用fluent對軸流風(fēng)機(jī)支架旋轉(zhuǎn)角度對風(fēng)機(jī)流場的影響

軸流風(fēng)機(jī)是地鐵車站和隧道區(qū)間內(nèi)通風(fēng)的主要設(shè)備,如何改善軸流風(fēng)機(jī)的性能,研制節(jié)能高效的地鐵專用風(fēng)機(jī)倍受人們的關(guān)注。地鐵青島軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)很大程度上要依賴試驗(yàn),設(shè)計(jì)成本相對較高。如果用數(shù)值模擬的方法對地鐵軸流風(fēng)機(jī)的流場進(jìn)行模擬,可以代替部分實(shí)驗(yàn),預(yù)測風(fēng)機(jī)性能,降低設(shè)計(jì)成本。本文利用FLUENT軟件,針對地鐵專用軸流風(fēng)機(jī)支架偏轉(zhuǎn)角度對風(fēng)機(jī)性能的影響進(jìn)行了模擬,得出了正反轉(zhuǎn)工況下風(fēng)機(jī)支架偏轉(zhuǎn)不同角度時(shí),風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓和效率之間的關(guān)系。1. 主要步驟:

CFD解決問題的步驟主要分為以下三步:

1)在前處理軟件中建模;

2)確定計(jì)算域和邊界條件,導(dǎo)入計(jì)算軟件,完成計(jì)算;

3)在計(jì)算軟件中進(jìn)行后處理或?qū)牒筇幚碥浖M(jìn)行后處理,查看結(jié)果。

本文選取天津通風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的TVF軸流風(fēng)機(jī)作為研究對象。該型號(hào)的風(fēng)機(jī)是一種地鐵專用可逆轉(zhuǎn)軸流風(fēng)機(jī),葉輪直徑1.8米,12片葉片,5個(gè)支架,標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速985rpm。葉輪,幾何模型的建立是在FLUENT的前處理軟件GAMBIT中進(jìn)行的。計(jì)算模擬部分采用的是FLUENT6.0 計(jì)算商用軟件。

實(shí)體建模區(qū)域確定為:風(fēng)機(jī)支架后氣流入口到風(fēng)帽前端氣流出口之間氣流流經(jīng)的風(fēng)道內(nèi)側(cè)。為了把模型與現(xiàn)實(shí)中的風(fēng)機(jī)的差別降到很小,在建模過程中完全采用三維方法,并且從圖紙出發(fā),注重風(fēng)機(jī)和風(fēng)道結(jié)構(gòu)的每一個(gè)細(xì)節(jié),沒有做任何簡化,甚至在葉輪端風(fēng)道的2mm突起也沒有簡化。這些都保證了以后數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可靠性。實(shí)際生成的網(wǎng)格共約25萬網(wǎng)格,經(jīng)GAMBIT檢驗(yàn),生成網(wǎng)格的傾斜度大多介于0.2到0.4之間,基本符合計(jì)算要求。生成的風(fēng)機(jī)模型和表面網(wǎng)格分布如圖1所示。

在完成風(fēng)機(jī)的通常性能的模擬之后,改變支架旋轉(zhuǎn)角度并對風(fēng)機(jī)流場進(jìn)行模擬計(jì)算,繪制出模擬圖,從而預(yù)測出支架角度對風(fēng)機(jī)性能的影響。2. 支架對軸流風(fēng)機(jī)流場及效率的影響:

由于支架尺寸遠(yuǎn)大于相鄰的風(fēng)機(jī)葉片,導(dǎo)致流場中存在很大的周向非均勻性,從而會(huì)對風(fēng)扇的振動(dòng)、噪聲和氣動(dòng)性能帶來較大的影響。。

在之前對風(fēng)機(jī)性能的模擬中可以看出當(dāng)風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí),氣流在入口側(cè)沿著軸向流過風(fēng)機(jī)支架,由于氣流方向與支架形狀保持平行,使得氣流對支架的沖擊很小。當(dāng)風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí),支架處于風(fēng)機(jī)的出口側(cè)。氣流流過葉片時(shí),氣流方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),風(fēng)量越小,偏轉(zhuǎn)的角度越大。這時(shí),氣流方向與支架形狀會(huì)形成一個(gè)交角,造成氣流對支架的沖擊。這個(gè)沖擊作用會(huì)使得風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的效率有所下降。在上面的計(jì)算中,風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的效率要相差大約為4%。圖2所示為在風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的流場情況,很明顯可以看出由于氣流脫離扇葉的方向與支架方向并不平行,因此在支架背側(cè)有明顯渦流區(qū)。雖然當(dāng)風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)這個(gè)渦流區(qū)不明顯,但也是存在的,支架離扇葉越近這個(gè)阻礙就越明顯。因此支架的角度是風(fēng)機(jī)振動(dòng)、噪聲的重要來源。