无蜗壳风机分析与优化设计
对某型号无蜗壳风机的三维流场进行数值模拟，使用CFD软件获得叶轮、各种优化方案叶轮的气动性能参数和流动内部详细的气动参数，提高相同静压下叶轮的流量和效率。对原型叶轮进行变工况计算，分析内部的流场结构，基于数值模拟结果，以图表形式给出了气动性能参数和流场内部的细节，详细分析了叶轮内的主要流动特性以及流道内流场的损失来源，通过对比分析得出比较理想的叶片中弧线型线，有效的削弱的流动分离，减小流动损失，在设计点附件效率提高了约7个百分点。
标签：无蜗壳风机；流场分析；叶片型线
doi：10.19311/https://www.doczj.com/doc/2113547667.html,ki.1672-3198.2017.16.090
0 前言
随着科学技术的不断发展与进步，在工程设备领域的研发中，数值的计算方法也更加科学化。在对旋转机械性能预测、内部流动数值模拟、研发改型等方面，CFD技术已被广泛采用。在国外，CFD技术也被广泛运用于工程产品的预研和设备改造，并取得了良好的经济效益。实验研究及数值模拟是探索叶轮机械内部流动规律的科学研究方法，通过运用CFD技术还可以发现在试验研究和理论分析中无法预见的新的流动现象，从而为优化设计提供理论依据。基于以上认识，可依据叶轮机械全三维流场数值计算技术，对无蜗壳风机进行优化，改进其叶轮中弧线，以提高其性能。
1 算例简介
原型直径为3.9米的左旋叶轮，叶片数为9叶，叶片厚度为3mm，配有进风口。进口接测试管道，出口直通大气。在大气压力101325Pa，温度20℃，转速3495r/min时，指定静压下达不到所需流量，并且效率过低，因此对模型进行分析，观察流场中存在流动损失的部位，进行优化。
2 网格划分
从子午面网格可以看出，计算区域可以分为进风口区、叶轮流道区以及前后延伸区三个区域。其中叶轮流道是通过NUMECA叶轮机械部分的网格生成模块AutoGrid来对网格进行整体划分的。在网格生成的过程中，根据选择的S-A湍流模型，叶轮近壁面第一层网格距离选取0.01mm，将Y+值控制在一定的低雷诺数湍流模型要求的范围之内，位于壁面附近的网格是沿壁面法向方向呈几何级数加密的，其数量是该方向网格总数的1/3左右，网络总数约为163万，而边界层外的网格分布均匀。在计算的过程中，需考虑进出口与离心叶轮的间隙以及出口等截面延伸，以防止计算域的出口截面回流，影响计算收敛性；根据离心风机的流动特点可知，一般而言后盘流动较为均匀，主要的流动问题集中在前盘，因此