PERFORMANCE IMPROVEMENT OF CENTRIFUGAL FAN BY MEANS OF NUMERICAL SIMULATION

Numerical simulation is used to investigate the flow field in a model centrifugal fan for steam power stations in order to improve the performance. During testing the model fan, it is found that the efficiency is only 62.5% with inlet box, without it the efficiency is 83%. In addition, the strong vibration of test rig is observed with inlet box. It would be highly desirable if the aerodynamics of the fan could be studied. Therefore, numerical simulation is carried out to investigate the internal flow characteristics of a model fan with inlet box. The results from CFD analysis show that the whole region of the inlet box is occupied by a spiral vortex rotating inversely as the rotor＇s direction, which significantly affect the most flow＇region inside the fan. For this reason, a dummy plate is arranged in the inlet box to impede the generation of the spiral vortex, the results from CFD after the reform demonstrate that the modification is quiet effective, the former large spiral vertex has been destroyed effectively, the large one is superseded in favor of two small vortexes. However, two small vortexes have little effect on the inner flow of the rotor and the following parts. Finally, the efficiency of the model fan is improved by the test and the strong vibration of the test rig disappears. This type of modification has been used in steam power stations, the fan efficiency raises to 84% successfully.

叶顶间隙对离心压气机性能的影响机理研究

为明确叶顶间隙对离心压气机性能影响的机理,采用数值模拟方法对不同叶顶间隙尺寸下的离心压气机叶顶泄漏涡和流动损失进行了研究。首先,对实验结果与数值计算结果进行了对比,验证了数值模拟的可靠性;然后,分析了不同叶顶间隙下压气机等熵效率及压比的变化趋势;最后,对内部流动特性进行了分析,阐述了不同间隙下叶轮内部涡结构变化形态、泄漏流流线分布及沿流动方向的熵变化规律,揭示了不同叶顶间隙对压气机性能的影响机理。研究结果表明:叶顶间隙比从0.018增加到0.054时,全工况范围内效率下降最大变化量分别为0.7%、0.6%、0.4%及0.2%,压比整体下降幅度保持在0.3%左右。叶顶泄漏流与主流掺混形成叶顶泄漏涡和叶顶分离涡,其中叶顶泄漏涡是主要损失来源。随着叶顶间隙比增大,靠近叶片前缘20%流向范围内的流动损失变化较小,靠近叶片尾缘40%范围内的损失增大。叶顶间隙比增加导致泄漏涡尺寸增大从而降低有效过流面积,是造成压气机性能下降的主要原因。

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.

叶根前缘VG对微型轴流风扇性能的影响

为降低微型轴流风扇叶根端壁区域二次流所引起的损失,根据涡流发生器的流动控制思想,提出一种在叶根前缘压力面侧设置微型直板的新型流动控制方法;以某微型轴流风扇为研究对象,采用数值模拟结合实验的方法,重点分析了不同安装角的涡流发生器对轴流风扇气动性能及内部流场的影响;研究结果表明:涡流发生器存在提高风扇静压与静压效率的最佳几何安装角,涡流发生器会对叶轮内部流场产生影响,由涡流发生器所形成的诱导涡与压力侧马蹄涡分支进行掺混,会削弱马蹄涡的强度,在一定程度上抑制了由马蹄涡参与演变成的通道涡的发展,使叶轮流道中流体进行再分配;在宏观方面,结构匹配的涡流发生器可提高风扇的气动性能,当涡流发生器安装角度为15°时,在风扇高效运行区间内同原型风扇相比,安装涡流发生器的风扇其静压最多提高8%,静压效率最大可提升2.4%。对于大轮毂比微型轴流风扇,由通道涡所引起的二次流损失不容忽视,同时在对叶轮进行设计优化时应重视叶根端壁处的结构设计。

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。

叶片数对轴流风机气动性能影响的数值研究

叶片数量是影响风机气动性能与经济性的重要因素。本文针对空调器室外机用轴流风机的性能要求,设计了二叶片、三叶片和四叶片轴流风机。采用数值计算方法,研究了叶片数量对轴流风机气动性能的影响。研究结果表明:叶片数量越少,湍流度越大,风机进出口气流扰动加剧,气动涡流噪声也随之增大;二叶片风机由于其叶片数最少,其出口风量相比四叶片风机减少了23.5%,三叶片风机相比四叶片风机其出口风量减少了4.7%。随着叶片数量的减少,尽管风机做功能力有所下降,但叶片用材减少,风机的加工制造成本也相应降低。

加装防涡圈的离心风机蜗壳内空气动力学特征和降噪研究

以G4-73No.8D型离心式风机为研究对象,采用CFD(computationalfluiddynamics)技术对风机蜗壳内的空气动力学特征进行了三维数值模拟,分析了旋涡的产生和演化过程以及旋涡噪声产生的机理,并在此基础上加装圆筒形和圆锥筒形2种防涡圈。加装防涡圈后的模拟结果显示,风机蜗壳内空气动力学特性得到明显改善,大尺度旋涡得以有效破碎。加装防涡圈后的噪声和频谱实验表明,风机的A声级和频谱噪声均有所下降,2种防涡圈对降低风机旋涡噪声是有效的;而且,在大尺度旋涡破碎和噪声降低方面,圆锥筒形均优于圆筒形防涡圈。

离心风机三维流场动力学特征和泄漏损失特性研究

研究离心式风机内部结构,提高其工作效率,对火电厂的节能增效具有重要意义。基于标准k-ε紊流模型,利用Fluent对G4-73No.8D型离心式风机以及在分别加装A型、B型防涡圈后的风机内部三维流场进行数值模拟和分析。对风机内部流场动力学特征和间隙泄漏的研究表明,与未加防涡圈的风机相比,加装防涡圈后的风机,流场趋于均匀、大尺度旋涡得到有效破碎,泄漏损失大大减少;而且,在破碎大尺度旋涡和减少泄漏损失方面,B型防涡圈明显优于A型防涡圈。研究结果可为风机的节能改造提供理论依据。

电厂离心风机容积损失的数值分析

利用FLUENT对离心风机蜗壳内部流场进行三维数值模拟,得到其流动特征及容积损失情况。针对模拟结果设计出一种圆弧型防涡圈,对加装防涡圈后的离心风机进行数值模拟,结果表明加装防涡圈后的风机,其旋涡强度降低,流场流动得到改善,容积损失大为减少。

脊状表面翼型叶片减阻机理研究

利用Fluent软件,对G4-73型离心风机翼型叶片脊状表面的减阻特性进行了数值模拟研究,并分析了其减阻效果及减阻机理。结果表明:脊状结构在风机翼型表面具有较好的减阻效果,脊状结构尺寸s=0.1mm时的减阻效果较好,最大减阻率为9.65%。脊状结构沟槽内部形成的稳定的二次涡,能显著减小黏性阻力。相比于光滑表面,脊状结构表面总体剪切应力明显减小,反映了翼型表面脊状结构的减阻效果。同时,沟槽间隔的存在一方面使得部分区域剪切应力明显增大,另一方面能够避免沟槽内涡旋的相互干扰,故推测存在最优沟槽间距在避免涡旋相互干扰的同时使得壁面剪切应力最小。所得研究结果可为工程实际中风机叶片的优化改型及性能改善提供参考依据。

离心风机蜗壳内加装旋涡破碎装置的实验研究

基于k-ε紊流模型,采用Fluent软件对电站常用的G4-73型离心风机进行全三维数值模拟,模拟结果表明离心风机蜗壳内存在向前螺旋推进的大尺度漩涡。设计了一种漩涡破碎装置,进行加装装置前后的性能实验和噪声实验。实验结果表明,加装旋涡破碎装置后,相对流量大于45%时,风机全压明显增大,且高效区拓宽;当相对流量小于100%时,风机噪声降低,且在最高效率点处,风机中、低频段噪声明显降低。该旋涡破碎装置的设计对电厂的节能降噪及解决风压不足等问题具有一定的指导意义。

双进气后向离心风机的气动性能数值模拟及其改进

首先对某双进气后向叶片的离心风机性能进行试验和数值模拟对比,验证数值模拟结果的精度及有效性;然后在叶轮前盘、轮盘形状和叶片数都相同的情况下,分析了改进叶片型式风机的性能变化。数值模拟结果表明,改进方案风机的全压更高、效率更高,尤其是在大流量区,效率提高5%以上。

基于数值模拟的离心风机性能优化

以某纺织机械吸纱用的离心风机为研究对象,采用数值模拟的方法,通过更换叶轮翼型以及改变叶片的安装角,以评估风机性能的变化。数值结果显示,更换叶轮翼型和改变叶片的安装角均能改善风机的性能,提高效率,更换叶轮翼型时效果更佳。

蜗壳变型线改进离心风机性能的研究

采用三维定常、可压缩的SIMPLEC算法,对一离心通风机的运行性能进行了整机三维数值模拟并进行了试验测量。对通风机设计工况下叶轮和蜗壳流道内的速度与压力分布情况进行了重点分析,与试验测量数据的比较结果表明数值模拟结果在全压、效率等性能参数方面的预测均较准确。在此基础上针对流动存在问题,对蜗壳型线进行了改进设计。数值分析表明蜗壳变型线后叶轮内部流场得到明显改善,设计工况下风机静压提高10%,全压提高6%,全压内效率提高2.6%。

基于最小二乘法的离心风机叶轮参数优化研究

采用FLUENT软件对G4-73No.8D型离心风机进行了三维数值模拟。在此基础上,采用最小二乘法,对风机叶轮参数进行优化设计,并采用数值模拟对优化结果进行验证。结果表明,通过优化有效降低了因二次流漩涡、风机蜗舌结构、尾流-射流和正冲角造成的能量损失,提高了离心风机性能。优化后风机在设计工况下全压提高3.7%,效率提高0.5%。

基于NUMECA数值模拟的离心风扇设计

利用NUMECA软件对某型离心风扇进行仿真,并结合试验结果进行对比,验证了该模型的准确性。改变该离心风扇部分尺寸参数,设计了新风扇。并利用NUMECA软件对原风扇及新风扇进行性能仿真。结果表明:基于NUMECA的数值模拟可以对离心风扇进行准确的描述;对比风扇主要性能参数可知,新风扇与原风扇相比相同质量流量下静压提高了约2%,性能优于原风扇。在此基础上通过仿真模型计算得出新风扇不同转速下的静压、功耗、效率等性能参数,这为风扇工作点的选取提供了重要依据。

基于CFD的离心泵叶轮内部流动分析与试验对比

为了解有空间导叶的离心泵叶轮内部水力性能,借助NUMECA公司的FINE软件,采用NavierStokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,分别在0.8Qopt、Qopt、1.2Qopt工况下对离心泵内部流动进行数值模拟计算。结果表明,随流量的增加,靠近进口边叶片吸力面的抗空蚀性能逐渐增强;叶片间轴向漩涡的位置与流量无关;出口边径向速度随流量增加而增大;出口边切向速度随流量增加而减小。与试验结果的比较表明,在Qopt工况下,数值模拟能有效预测泵内部的复杂三维流动与水力性能。

防涡圈对离心风机性能的影响

由于离心风机蜗壳形状和大小的限制,蜗壳内流场存在大量的旋涡和二次流,而这正是造成离心风机效率低、噪声高的主要原因。应用计算流体动力学的商用软件Numeca,对某型离心风机在不同工况下的流场做了整机三维数值模拟,并通过对加装防涡圈前后流场的对比,分析了防涡圈对风机内部流场的影响,探索了防涡圈改善离心风机性能的机理。研究结果表明:防涡圈对于破碎大尺度旋涡和降低旋转强度以及改善离心风机内部流场具有很好的效果。

进口气流速度分布不均对电站离心式引风机性能的影响

针对进口气流速度不均导致电站离心式引风机性能恶化问题,借助先进的三维流场分析软件,以在电厂中较为通用的某双吸式离心引风机为研究对象,研究了不同进口气流速度分布对其性能的影响。结果表明:电厂引风机在实际运行过程中,进口气流速度的分布方式对风机性能有重要影响;当进口截面气流速度为均流或接近均流分布时,叶轮进口气流分布均匀,流道涡流少,风机效率较高;当进口截面气流速度分布不均时,叶轮进口气流会产生不同方向的轴向旋转,流道涡流较多,导致风机性能较差。

叶片数对多翼离心风机性能影响的分析

多翼离心风机流道窄,叶片数分布多,压力系数及流量系数大。叶片弦长短、数目多,导致稠度大,这种风机内部滑移系数有别于其他类型离心风机。科学合理的设计叶片数,会使多翼离心风机得到好的尾迹流场分布。为了研究稠度对风机性能影响。本文选取三种不同叶片数目的叶轮作为研究对象,通过数值仿真手段,对其内部流场及外部特性展开研究,研究结果表明:有48片叶片的多翼离心风机,具有较好的内流分布及外部特性,最后通过性能试验对这一结论进行了验证。