近年來，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，使得計算流體動力學(xué)(CFD)在離心風(fēng)機的研究領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文就應(yīng)用計算流體動力學(xué)的商用軟件之一Fleunt對6-30型離心風(fēng)機的流場做了三維模擬，并通過對共流場的研究，為改進風(fēng)機的性能找出方向。
2建模與計算方法
在求解過程中采用SEGREGATED隱式方法，湍流動能、湍流耗散項、動量方程都采用了二階迎風(fēng)格式離散，在迭代計算時，應(yīng)用亞松弛迭代，松弛系數(shù)采用默認(rèn)。
2.1風(fēng)機的主要參數(shù)
本文以6-30型風(fēng)機為研究對象，主要參數(shù)如下：流量qv=0.8188m3／s，全壓p=3.98kPa，轉(zhuǎn)速n=2900r／min．葉輪外徑D2=490mm，葉輪輪轂寬度b= 39mm，葉片數(shù)2=12，蝸殼基圓半徑R1=274mm，R2=323mm，R3=382mnl，R4=451mm，蝸室寬度B=122.5mm，采用圓柱形進口管，為使流動充分發(fā)展，對入口和出口做了一定的加長。工作介質(zhì)為標(biāo)況下的空氣，并認(rèn)為牛頓流體且局部各向同性。蝸殼垂直z軸，軸面為xy平面，垂直紙面向外為z軸。通過三維軟件AUTO CAD建模，模型（除去葉輪前盞）如圖1所示。
2.2網(wǎng)格化分
本文采用ga rnbit對風(fēng)機的內(nèi)流場進行劃分，考慮到離心風(fēng)機的內(nèi)部流動情況較復(fù)雜，故整機采用非結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格進行劃分，并將整機劃分為三個部分：入口部分，葉輪流道部分，蝸殼部分。
2.3控制方程
本文中旋轉(zhuǎn)葉輪與靜止蝸殼之間、旋轉(zhuǎn)葉輪與靜止進口管之間的耦合采用了多參考坐標(biāo)系(multiple reference frame)，把離心風(fēng)機內(nèi)流場簡化為葉輪在某一位置的瞬時流場，將非定常問題用定常方法計算。對于定常不可壓縮流體，取與葉輪一起以恒定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)系，考慮粘性假設(shè)，使用笛卡兒坐標(biāo)系，速度矢量在x，，和z方向的分量為u，y和Ⅳ，采用標(biāo)準(zhǔn)k-￡模型求解該問題時，控制方程包括連續(xù)性方程，動量方程、k方程、E方程，這些方程都可以表示成如下通式：
2.4邊界條件
(1)進口條件
在計算域的進口處，假定進口速度沿迸水管人口截面均勻分布，給出進口質(zhì)量流量，并指定其方向與進口垂直。進口處的湍動能k和湍動能耗散率e取默認(rèn)值。
(2)出口條件
采用自然流出（即outflow）。
(3)流體條件
入口和蝸殼部分為靜止網(wǎng)格，葉輪流道部分采用懸轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，三部分之間的連接面設(shè)置為interface。
(4)璧面條件
入口，葉輪和蝸殼與流體相接觸的所有壁面均采用無滑移固壁條件，在近壁區(qū)采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法，除葉輪流道部分壁面為旋轉(zhuǎn)壁面外其他壁面均為靜止。計算中忽略重力
3計算結(jié)果分析
3.1模擬結(jié)果可信度判斷
風(fēng)機全壓在風(fēng)機入口，流道人口，流道出口和蝸殼出口上的流量加權(quán)平均報告如下：
從以上圖表及數(shù)據(jù)可以看出，計算結(jié)果的速度和壓力分布都與實際情況相符，且風(fēng)機出口和入口的全壓差為3.90 kPa，與給定的風(fēng)機全壓3.98kPa誤差僅為2%，可以判斷該模擬結(jié)果可信。
3.2流場分析
從各流道的靜、壓壘壓和速度等高線看，各流道內(nèi)的流動情況并不相同。圖2為靠近蝸舌的流道z= 15截面的靜壓和速度等高線，圖3為遠離蝸舌的流遭的靜壓和速度等高線。從兩個圖的對比可以看出，靠近蝸舌的流道入口和出口的平均流速都比遠離蝸舌的流道小。靠近蝸舌的流遭中流速變化較快，達到最高流速的區(qū)域較大，且位于流遭的中后部，而遠離蝸舌的流道中達到最高流速的區(qū)域僅分布在出口靠近葉片的小區(qū)域內(nèi)，流動比較平穩(wěn)。
4流動損失分析
（1）從圖2可以看出，由于蝸舌的滯止效應(yīng)，蝸舌周圍存在一個靜壓力的高壓區(qū)，導(dǎo)致蝸舌附近的流道出口處靜壓力較大，從而使這部分流道的出口和入I1速度比其它流道要小，因此同一時間內(nèi)通過該部分流道流量較小，即靠近蝸舌的流道做功能力較其它部分有所削弱。且靠近蝸舌的流道中流體流動較紊亂，即該流道中流俸的流動損失較其他部分大，圖4和圖5所示即為整個葉輪中的跡線和近蝸舌流道中的跡線。
(3)從圖5可見，在每個葉輪流道中都存在一些與葉片方向背離較為嚴(yán)重的跡線。為更清楚研究這些跡線，在一個流道的入門處，均勻設(shè)置4條靶線，觀察以這4條靶線為起點流體跡線。圖6為靶線分布示意圖，標(biāo)為A，B，C，D4條靶線。圖7為從兩個方向觀察到的以這4條靶線為起點的流體跡線。可以看出，以靠近葉片非工作面的A、B靶線為起點的氣體的流動較均勻和平穩(wěn)，而以靠近葉片工作面的C、D靶線的上部為起點的氣體沿流道方向有明顯的螺旋狀流動，這必將增加葉輪流道的流動損失。
5結(jié)語
通過對6-30型離心鳳機設(shè)計工況下內(nèi)部流場的模擬，了解了流體在各葉輪流道中壓力和流速的不均勻性，特別是靠近蝸舌的流道也其它位置流道差異較大。并分析了在葉輪入口，葉輪內(nèi)部和蝸舌周圍發(fā)生的能量損失。
(1)在葉輪旋轉(zhuǎn)過程中，各流道的流動隨它在葉輪中相對位置的不同而不同。壓力和速度分布具有明顯的軸不對稱性，尤其在靠近蝸舌的流遘中差異更加顯著。
(2)蝸舌的設(shè)計對整機的性能有重要影響，因為蝸舌不僅引起環(huán)流損失，而且會影響到靠近它的的做功能力。
(3)在葉輪備流道中部存茌橫貫流道的流動，這種不規(guī)則的流動也帶來一部分能量損失。這種不規(guī)則流動主要是由從靠近葉片工作面一側(cè)的上部流入葉輪的氣體引起的。
綜上所述，使用數(shù)值模擬方法研究離心風(fēng)機內(nèi)部流場能夠方便直觀的讓我們觀察到氣體在風(fēng)機內(nèi)的流動狀況，并能夠根據(jù)需要提供詳細的數(shù)據(jù)，為我們改進和設(shè)計性能更好的風(fēng)機指明方向。
