进口结构参数对微型高速多翼风机的性能数值分析和实验研究

用于笔记本电脑的微型高速多翼风机系统,存在风量与风压不能完全匹配而影响笔记本电脑高速运行时的散热效果。本研究采用数值分析与实验研究相结合的方法,在不改变风机其它结构参数的情况下,设计了5种不同上进风口直径的方案,详细分析了不同上进风口结构参数对微型离心风机内部流动特征和气动性能的影响。研究结果表明:上进风口直径对风机的性能影响程度较大,适当增大上进风口直径,能够改善进气条件,提升风机的气动性能。当上进口直径与叶轮内径之比为0.96时,风机的气动性能最优。继续增大上进风口直径,风机进口气流对叶道内的流动的扰动加剧,风机性能有所下降。相比于原型机,采用较优进口结构的风机最大风量提升了4.8%。在1.915m^(3)/h工况下,静压提升19.6%。

多翼风机新型斜蜗壳和常规直蜗壳的对比研究

本文采用Navier-Stokes方程和K-ε两方程模型对多翼风机分别采用新型斜蜗壳和常规直蜗壳的内流特性进行了三维数值模拟和实验研究。新型斜蜗壳的蜗舌间隙沿轴向从底盘到进风口由6％变化到4％,同时间隙位置沿圆周方向偏移15°。计算结果表明采用新型斜蜗壳可以改善多翼风机蜗舌间隙内的压力和速度分布,消除近底盘区域的出口旋涡。实验结果表明,采用新型斜蜗壳可以提高多翼风机的压力,降低叶片通过频率噪音并能改善音质。

提高多翼风机性能的试验研究

以三组风机试验结果为依据，对比分析了多翼风机结构参数对其整机性能的影响，从气动力学原理解释了造成这些影响的原因，提出了合理选取结构参数的建议。

改变叶轮与蜗壳相对安装位置对双吸多翼风机性能影响的试验研究

以中央空调末端装置中广泛使用的双吸前向多翼离心风机为研究对象,设计了叶轮与蜗壳安装位置可调的试验装置,试验研究了改变叶轮与蜗壳安装位置对风机性能的影响,并进行了初步的分析。研究结果表明:对于本文研究的风机,叶轮中心与蜗壳几何中心相重合的位置不是最佳位置,两者合适的相对安装位置能使风机在设计转速下风量提高6.08%,总效率提高2.4%,噪声降低0.8dB(A)。

前向多翼风机的设计新思路

从改善前向多翼风机通流能力入手,通过理论分析和大量试验最终达到了其结构参数的优化。

多翼离心风机旋转失速阶段压力脉动分析

为了研究多翼离心风机在旋转失速阶段的压力脉动特性,以多翼离心风机为研究对象,利用Creo软件对其进行三维建模,并对模型进行网格划分,进行非定常数值计算.在叶轮出口不同周向、径向以及轴向位置设置监测点,分析旋转失速工况下风机内部压力脉动规律,计算结果表明:隔舌处监测点的压力系数最大,且随着流量的减小,压力脉动剧烈程度增大;叶轮出口受叶轮与蜗壳之间动静干涉影响,压力系数幅值最大,往蜗壳壁面径向移动,压力脉动程度减弱;压力脉动规律受轴向位置变化影响较小,旋转失速程度的变化会引起压力脉动的变化,旋转失速越强,压力脉动越剧烈,低频脉动范围越广,失速频率幅值越高.

多翼离心风机蜗壳气动性能与出风均匀性优化设计

以某型号风暖浴霸吹风系统的多翼离心风机为研究对象,利用ANSYS Fluent 2020 R2对原型风机的出口风量与均匀度进行仿真分析,结果显示仿真与实测误差在5%以内,验证了用CFD数值模拟方法来优化浴霸多翼离心风机的可靠性.将蜗壳型线参数化,通过正交试验设计,针对蜗舌放置角α、蜗舌半径R、等角螺线常数A(蜗壳周向面积)与风轮移动距离L(蜗舌与叶轮间隙)4个因素,制定了16组参数组合方案并进行了CFD数值模拟,得到各方案的出口风量与均匀度,并由均值与极差分析确定了最优参数组合.通过数值计算结果可知,优化后的风机在蜗舌附近区域湍流强度减小,内部流动改善.测试结果显示,优化后的风机出口风量提升7.3%,均匀度提升4.5%,全压效率提升5.9%.显著提升了风暖浴霸离心风机的出风性能和出口风速分布均匀性,对提高风暖浴霸取暖效率和增强人体舒适性有重要意义.

多翼离心风机气动噪声数值预测

文章采用计算流体力学软件Fluent对多翼离心风机的内部流场进行三维的定常和非定常数值模拟,并对数值结果进行了分析。数值结果与试验结果的对比分析表明了数值模拟具有较好的准确性和可信度。随后,基于流场的计算结果进行声场的数值计算,结果表明:基于非定常流动的FW-H声压模型可获得多翼离心风机气动噪声主要噪声源在声学接收点处的噪声频谱,有助于更深层地了解声源的噪声特性以及明确噪声峰值所对应的频率段,为下一步进行有针对性的噪声控制研究提供有力的依据。

多翼离心风机叶轮内油性粒子沉积特性的数值研究

为了揭示多翼离心风机内部油性粒子沉积分布规律,减少风机内粒子沉积,采用Fluent离散相模型描述粒子运动,同时结合临界速度模型和用户自定义函数(UDF)建模油性粒子在壁面上的沉积,模拟研究了多翼离心风机内油性粒子的运动轨迹和沉积特性,并探究了颗粒直径对沉积分布的影响。结果表明:油性粒子沉积主要分布在叶片压力面,且靠近出口尾缘段尤为严重;由于进气条件不稳定,整机下内部流场更为紊乱,沉积情况也更为严重;大直径粒子受惯性力主导更容易沉积在叶片表面。针对油性粒子沉积分布规律及成因,提出了切割叶片减小叶片出口安装角从而减少叶轮内油性粒子沉积的方法。对于切割后的叶片,叶轮出口处流动分离区域减小,叶片尾缘段涡量减小,通过数值模拟和实验研究发现,叶轮内油性粒子沉积率分别下降了30.75%和30.66%,两者吻合良好,证实了提出的减小叶轮油性粒子沉积方法的有效性。

多翼离心风机集流器偏心安装对空调新风系统风量的影响

为了研究集流器对多翼离心风机的影响,基于真实空调新风系统模型,构建了空调新风系统多翼离心风机CFD三维模型。对集流器偏心前后的风机内部流场展开分析,最后得出集流器的合理偏心安装方案,并通过试验对其进行了验证。研究结果表明,当偏心角θ=120°,偏心距L=4.2 mm时,风机流道内流动情况得到明显优化,叶道堵塞情况得到改善,叶轮有效通流面积增大,叶轮出口气流速度提升,叶轮与集流器间的泄漏流减少,风机效率有所提升,蜗壳出口处风量提高3 m3/h,增幅约5.6%。研究结果可为多翼离心风机的优化设计提供参考。

基于WPSO-BP和L-MBWO的多翼离心风机优化研究

针对多翼离心风机气动性能、噪声情况难以同时改进的问题,提出了一种基于变权重粒子群优化算法的反向传播神经网络风机性能预测模型(WPSO-BP),以及一种基于逻辑混沌初始化的多目标白鲸优化算法(L-MBWO),并将二者应用于多翼离心风机的优化设计中。首先,选取了叶片进出口角、倾斜蜗舌的最大蜗舌半径、叶片切除角度作为设计变量,把风机的全压、效率、声压级作为优化目标;然后,构建了WPSO-BP预测模型,以反映设计变量与优化目标之间的关系,定量分析对比了该模型与BP神经网络预测模型,预测值用于风机的性能优化;接着,将逻辑混沌初始化引入到白鲸优化算法(BWO),基于第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)构建了L-MBWO优化算法;最后,在实验验证仿真可靠的前提下,将提出的预测模型和优化算法应用于风机优化,并对优化效果进行了综合分析。研究结果表明:优化后的风机全压增加了34.79 Pa,效率提高了0.67%,噪声降低了1.73 dB,实现了多个优化目标之间的平衡,有效改善了风机的综合性能,为多翼离心风机的优化设计提供了一种新思路。

多翼离心风机叶片参数优化设计对壁挂式空调新风部件的气动性能研究

随着城市化的发展,舒适健康以及审美需求逐年提升,新风空调的销量越来越大,新风量、新风噪声都越来越受到用户关注,新风带来的困扰越来越凸显。为改善多翼离心风机的气动性能和噪声值,基于CFD数值摸拟与实验测试相结合的方式对单圆弧叶轮进行全参数优化设计。通过响应面设计方法对叶片进口安装角βb_(1)、出口安装角βb_(2)、叶片内径D_(2)、叶片数Z几个参数进行参数化设计。经过多组方案计算,获得叶片参数与风量和功率的关系。研究发现通过调整叶轮参数,改善叶片流道内的流场分布,能够有效提高叶片的做功能力并且降低风机噪声性能。与原型相比,实测同风量噪声降低0.8dB(A),功率降低11.8%。

凹槽对多翼离心风机气动性能和噪声的影响

为降低多翼离心风机噪声,改善其气动性能,采用数值模拟方法研究了蜗舌处不同凹槽分布对多翼离心风机气动性能和噪声的影响。结果表明:凹槽减弱了叶轮出口射流-尾迹与蜗舌壁面干涉作用,叶轮与蜗舌之间的通道内部高涡量减小,流动稳定性增强。蜗壳壁面附面层厚度减小,回流及旋涡情况改善,反向压差引起的流动阻力减小,流动损失减小,出口气流动能提升,风量增大。L50G11型多翼离心风机风量增幅为3.17%,全压效率降幅为4.81%,气动性能变化不大;监测点的平均噪声降低,最大平均噪声降幅为4.7 dB,降噪效果最突出;L75G22型多翼离心风机监测点平均噪声值最大降幅为3.51 dB,噪声情况改善;风量增幅为4.30%,全压效率增幅为3.34%,气动性能优势明显。

多翼离心风机双圆弧叶片设计及其性能优势分析

在限定直径下对某吸油烟机用多翼离心风机的单圆弧叶片进行双圆弧改型,研究了加、减速2种双圆弧叶型对风机性能的影响,并对单双圆弧叶型各自的性能优势展开对比分析.通过计算流体力学数值预测不同叶型方案的整机风压及效率,确定单圆弧叶片进口安装角的最佳取值区间应在最小冲击损失设计的基础上预设20.0°~30.0°冲角,而综合风机压力和效率,单圆弧叶片出口安装角的最佳取值为165.0°~173.0°.对于进口安装角匹配不佳的单圆弧叶片,采用减速型双圆弧叶片可同时提高风机压力和效率;但对于已经优选过的单圆弧叶型,则反而需向加速型双圆弧改型,风机压力小幅度提高但效率稍有降低.对比同叶片进出口角的单圆弧叶片,加速型双圆弧叶片做功重心前移的同时,吸力面二次分离得到抑制;其叶道更难被蜗舌回流贯穿,有利于风机小流量工况下的气动性能.

空调新风系统多翼离心风机叶轮进出口角对风量影响的研究

叶轮是多翼离心风机的核心部件,探究叶轮进出口角对叶轮气动特性的影响,对空调新风系统多翼离心风机的设计及风量优化具有重要意义。针对某型空调新风系统,构建了多翼离心风机CFD整机仿真模型。在此基础上,分析了前向叶轮进出口角对多翼离心风机风量的影响,并通过数值仿真分析,对不同叶轮进出口角时的风机内部流场展开分析,最后得出优化后的叶轮进出口角方案。结果表明,当叶轮进口角为50°,出口角为169°时,风机流道流动情况得到明显优化,叶道堵塞情况得到改善,叶轮有效通流面积增大,叶轮出口气流速度提升,风机效率有所提升,风机蜗壳出口处风速均匀性较好,空调新风系统性能显著提升,蜗壳出口处风量提高1.29m^(3)/h,增幅约1.27%。

采用变弦长叶片设计的多翼离心风机叶轮改进与优化

针对多翼离心风机蜗壳宽度大、叶片短引起的轴向进气流量分布不均匀和叶道回流现象,提出变弦长叶片的设计方法,以多翼离心风机叶轮为研究对象,开展了叶轮前缘的参数化优化。使用有5个控制点的贝塞尔曲线构建叶轮前缘,建立了支持向量回归代理模型,设置了效率与静压的优化目标,通过遗传优化算法对选取的控制点参数进行了优化。设计结果表明:变弦长叶片设计提升了多翼离心风机的通流能力,体积流量最大提升至35.7 m^(3)/h。流场分析发现,变弦长叶片设计的叶轮沿叶高方向的流量分布更均匀,特别是在靠近轮盖侧速度小于0的区域,流量几乎消除,轮盘截面的通流占比提升29.8%,叶道回流现象得到明显改善,变弦长叶片叶轮的做功能力更强。优化后,变弦长叶片多翼离心风机的气动性能得到显著提高,大流量方向的工况范围得以拓宽,小流量工况下的效率提升了4.9%,风机的静压能力最大提高了91.1 Pa。研究为多翼离心风机内部流动控制、多翼离心风机变弦长叶片优化设计提供了理论基础和工程实践。

油烟机多翼离心风机气动噪声源及贡献度研究

为了研究油烟机中多翼离心风机的主要气动噪声源,通过非定常流场仿真和气动噪声仿真方法,计算对比了各个部件在7个特征频率上对测点噪声的贡献度,并从声传播角度分析了不同部件噪声贡献的产生机制。结果表明,油烟机风机系统的主要噪声源位于蜗壳内表面和叶轮表面。其中蜗壳内表面中341.1 Hz噪声主要来源于蜗壳电机侧内表面和蜗壳出口,声强贡献占比分别为41%和39%;713.78 Hz噪声主要来源于蜗壳内表面的侧弧面,贡献占比42%;1137 Hz噪声的贡献则主要来源于蜗壳底盘侧内表面,贡献占比74%。而叶轮中电机侧短叶片对1000 Hz以下的低频噪声的贡献较大,声强贡献占比64%;主进气侧长叶片对1000 Hz以上的中高频噪声贡献较大,贡献占比61%。蜗壳内表面主要是通过声传播对测点噪声产生影响,叶轮出口高速气流是形成宽频噪声源的主要原因,而测点频谱中的低频“驼峰”特征是由叶片旋转产生的宽频噪声与蜗壳流道内部的声腔模态耦合放大特定频率声压幅值所致。研究结果对进一步针对性优化油烟机中风机气动噪声具有指导意义。

防涡片集流器对多翼离心风机噪声性能的影响研究

本研究基于计算流体力学的方法设计了一种带有防涡片结构的新型集流器来降低多翼离心风机系统的噪声,分别详细分析了有、无防涡片的风机流场细节,通过噪声实验验证了防涡片改善噪声的可行性。研究结果表明,带有防涡片结构的集流器改善了风机的内部流动结构,使得剪切层远离叶片梢部。叶轮的主气流向叶轮根部移动,降低了滤网造成的气体扰流,叶片梢部的流场结构也趋于合理。噪声实验表明防涡片相较于集流器的防护网有更好的降噪效果。当防涡片安装在远离蜗舌的位置时,风机的最大噪声可降低1dB。

基于三维扭转叶型设计的多翼离心风机噪声的数值仿真与分析

本文通过计算流体力学(CFD)和Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程相结合的方式,对含扭转叶型的三维多翼离心风机进行流动与噪声仿真模拟,研究了叶型扭转对于近场和远场测点噪声声压级的影响,并实现了风机的降噪优化。通过分析流场发现由于相对迎角的增大,多翼离心风机的叶片靠近底侧壁面处存在明显的气动分离问题,因此对风机叶型进行扭转设计,分别计算了不同底部扭转角构型的远场和近场测点的噪声声压级。对比不同底部扭转角噪声声压级的计算结果发现,随着底部扭转角的增加,远场和近场声压级都出现了先降后增的趋势,最终在底部扭转-35°时得到最优的远场声压级。经实验验证,扭转叶型与原始叶型相比,远场的平均声压级降低了1.3dB。