1前言
近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)在離心風(fēng)機(jī)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(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的商用軟件之一Fleunt對(duì)6-30型離心風(fēng)機(jī)的流場(chǎng)做了三維模擬，并通過對(duì)共流場(chǎng)的研究，為改進(jìn)風(fēng)機(jī)的性能找出方向。
2建模與計(jì)算方法
在求解過程中采用SEGREGATED隱式方法，湍流動(dòng)能、湍流耗散項(xiàng)、動(dòng)量方程都采用了二階迎風(fēng)格式離散，在迭代計(jì)算時(shí)，應(yīng)用亞松弛迭代，松弛系數(shù)采用默認(rèn)。
2.1風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)
本文以6-30型風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，主要參數(shù)如下：流量qv=0.8188m
3／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R
1=274mm，R
2=323mm，R
3=382mnl，R
4=451mm，蝸室寬度B=122.5mm，采用圓柱形進(jìn)口管，為使流動(dòng)充分發(fā)展，對(duì)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(duì)風(fēng)機(jī)的內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行劃分，考慮到離心風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)情況較復(fù)雜，故整機(jī)采用非結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，并將整機(jī)劃分為三個(gè)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(jìn)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(jī)內(nèi)流場(chǎng)簡(jiǎn)化為葉輪在某一位置的瞬時(shí)流場(chǎng)，將非定常問題用定常方法計(jì)算。對(duì)于定常不可壓縮流體，取與葉輪一起以恒定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，控制方程包括連續(xù)性方程，動(dòng)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(jìn)口條件
在計(jì)算域的進(jìn)口處，假定進(jìn)口速度沿迸水管人口截面均勻分布，給出進(jìn)口質(zhì)量流量，并指定其方向與進(jìn)口垂直。進(jìn)口處的湍動(dòng)能k和湍動(dòng)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(jì)算中忽略重力
3計(jì)算結(jié)果分析
3.1模擬結(jié)果可信度判斷
風(fēng)機(jī)全壓在風(fēng)機(jī)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(bào)告如下：
從以上圖表及數(shù)據(jù)可以看出，計(jì)算結(jié)果的速度和壓力分布都與實(shí)際情況相符，且風(fēng)機(jī)出口和入口的全壓差為3.90 kPa，與給定的風(fēng)機(jī)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(chǎng)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(dòng)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(yuǎn)離蝸舌的流遭的靜壓和速度等高線。從兩個(gè)圖的對(duì)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(yuǎn)離蝸舌的流道小。靠近蝸舌的流遭中流速變化較快，達(dá)到最高流速的區(qū)域較大，且位于流遭的中后部，而遠(yuǎn)離蝸舌的流道中達(dá)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(dòng)比較平穩(wěn)。
4流動(dòng)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(gè)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(shí)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(dòng)較紊亂，即該流道中流俸的流動(dòng)損失較其他部分大，圖4和圖5所示即為整個(gè)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(gè)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(gè)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(diǎn)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(gè)方向觀察到的以這4條靶線為起點(diǎn)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(diǎn)的氣體的流動(dòng)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(diǎn)的氣體沿流道方向有明顯的螺旋狀流動(dòng)，這必將增加葉輪流道的流動(dòng)損失。
5結(jié)語
通過對(duì)6-30型離心鳳機(jī)設(shè)計(jì)工況下內(nèi)部流場(chǎng)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(dòng)隨它在葉輪中相對(duì)位置的不同而不同。壓力和速度分布具有明顯的軸不對(duì)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(jì)對(duì)整機(jī)的性能有重要影響，因?yàn)槲伾嗖粌H引起環(huán)流損失，而且會(huì)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(dòng)，這種不規(guī)則的流動(dòng)也帶來一部分能量損失。這種不規(guī)則流動(dòng)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(jī)內(nèi)部流場(chǎng)能夠方便直觀的讓我們觀察到氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)的流動(dòng)狀況，并能夠根據(jù)需要提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)，為我們改進(jìn)和設(shè)計(jì)性能更好的風(fēng)機(jī)指明方向。
