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摘要 ：使用商业软件 Numeca 的 Fine/Turbo 模块，对包含斜流叶轮与蜗壳一体的斜流风机进行整机计算。对一斜流风机在设计转速下不同工况点进行了数值模拟，并与试验结果进行了比较, 吻合较好。通过特定截面的不同流动图谱，证实了蜗壳、叶轮相互作用引起的整机流场的不对称性。研究结果表明，叶轮内部叶顶间隙区二次流动和叶轮与蜗壳相互作用引起的涡系是影响斜流风机效率的主要原因。
关键词 ：斜流风机 叶轮 蜗壳 数值模拟
中图分类号： TH432.2 文献标识码 :B
文章编号： 1006-8155 （ 2005 ） 06-0001-04
Abstract : Using Fine /Turbo module of commercial software NUMECA ,the overall calculation is carried out on the mixed-flow fan with impeller and volute. The numerical simulation is carried out on the mixed-flow fan in different operation conditions under the design speed, and compared with the test results and coincide better. The asymmetry of overall flow field caused by the interaction between impeller and volute is proved by different flow atlas of the specific section. The investigative result shows that the secondary flow of the tip gap within the impeller and vort ex .caused by the interaction between impeller and volute are the main reason to affect the efficiency of the mixed-flow fan.
Key words : Mixed-flow fan Impeller Volute Numerical simulation
1 引言
斜流叶轮内部流是介于轴流式和离心式的中间状态, 沿着锥形流面的流动, 气流在三个方向的速度分量大小相差不大, 具有显著的三元流动特性。在试验研究方面，文献[1]对自行设计的后置蜗壳斜流风机进行了试验研究，文献[2]对不同来流条件的后置导叶翼型斜流风机在不同的叶顶间隙情况下的进口流场进行了试验研究。在数值研究方面, 文献[3]基于流线曲率法及通流矩阵的无粘计算 , 文献[4]采用商业软件NUMECA对有无叶顶间隙两种情况下的斜流叶轮内部流场进行了对比分析，文献[5]采用Simple算法对矩形蜗壳内部涡系的形成及蜗壳与叶轮的不同配置对内流场细节的影响进行了细致的研究，文献[6]通过叶轮与蜗壳相互迭代来求解蜗壳内部流场，突破传统的单独计算蜗壳流场时进口只能给定均匀流动边界条件的局限性，得出在变工况计算时，传统的均匀流动边界条件给定方法不能给出满意的求解结果的结论。这些试验研究和数值计算在研究斜流风机内部流场方面均得出一些有用的结论，但由于试验测量条件和计算机资源的限制，对于叶轮和蜗壳相互干涉的整机研究很少涉及。而蜗壳的高度非对称特性表明，叶轮、蜗壳相互作用引起的流场非对称性及其内部复杂的涡系结构用传统的单通道模式是无法准确把握的。
本文使用商业软件Numeca的Fine/Turbo模块，对某包含斜流叶轮与蜗壳一体的斜流风机进行整机计算，对该斜流风机在设计转速下不同工况点进行了数值模拟，与已有的试验数据对比。在此基础上，本文重点分析了蜗壳内部流场的不对称性和蜗壳内部涡系形成与发展的过程。证实了叶轮与蜗壳相互作用引起的涡系是影响斜流风机效率的主要原因。
2 网格生成及求解方法
2.1 模型的选取
利用DES公司的三维造型软件UG, 以某斜流风机作为研究对象，该风机叶片数为13。利用UG与IGG通用接口格式IGES建立蜗壳部分的数学模型并生成网格，叶轮部分网格利用NUMECA商业软件中的Auto Grid模块生成，最后在IGG中对接形成整个区域的计算网格。由于蜗壳出口处存在很大的漩涡, 且涡的强度和位置均呈现周期性变化, 因此在蜗壳出口加了出口延长管道, 长度是出口当量直径的5倍。
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