離心風機廣泛應用于冶金、化工、鋼鐵、水泥等重工業(yè)。其結構特點是整體結構緊湊，葉輪寬徑比小，內(nèi)、外徑比小，長、短葉片分布均勻，壓力系數(shù)高，流量系數(shù)小，因此常用于高壓、小流量場合。針對風機效率低、加工工藝復雜等缺點，提出了一種改進的風機效率設計方案，并采用CFD數(shù)值計算方法進行了分析驗證。

本文對風機進行改進和設計的主要思路是利用N-S方程和SSTK-U湍流模型計算斜槽風機樣機的流量。數(shù)值計算結果與原始測量數(shù)據(jù)吻合較好，證明了該計算模型和數(shù)值計算方法的可行性。通過對離心風機不同截面的等值線和流線的觀測，8-09離心風機，分析了葉輪通道內(nèi)流動損失的原因。通過控制葉片吸力面邊界層的分離，降低了風機的內(nèi)部流動損失。針對風機內(nèi)部流動狀況，提出了三種不同的改進方案。在改進方案不能滿足性能要求的情況下，對風機進行了重新設計。為了使風機葉片通道內(nèi)的流動更加合理，根據(jù)葉輪通道截面面積逐漸變化的原理，建立了風機葉片型線形成的數(shù)學模型，并根據(jù)該數(shù)學模型完成了風機葉片型線的設計。風機葉片的設計采用“雙圓弧”成形方法，不僅簡化了風機的加工工藝，而且使風機的總壓力提高到5257pa，效率提高到68%。后介紹了離心風機的瞬態(tài)計算方法，濟南離心風機，分析了瞬態(tài)計算中時間步長的選擇原則。采用瞬態(tài)數(shù)值方法對新設計的風機內(nèi)部流動進行了數(shù)值模擬。在瞬態(tài)計算結果穩(wěn)定后，離心風機采用FW-H模型計算了設計風機的氣動噪聲，遠場噪聲值為58dB。

離心風機蝸殼優(yōu)化設計方法的研究進展橫截面面積的圓周變化、橫截面形狀、橫截面的徑向位置、蝸殼入口位置、蝸舌的結構是蝸殼的五個主要幾何參數(shù)。其中蝸舌的位置、角度和形狀，在避免內(nèi)部沖擊、減少分離損失和降低噪聲等方面起著重要的作用。蝸殼的各幾何參數(shù)對風機內(nèi)部流動的影響并不是獨立的，它們之間既相互關聯(lián)，又相互影響，因此，在確定這些幾何參數(shù)時要進行考慮。采用數(shù)值計算與響應面法相結合的手段對蝸殼的三個主要幾何參數(shù)(蝸殼出口的擴張角、葉輪的露出長度、蝸舌間隙)進行了優(yōu)化，結果表明通過優(yōu)化蝸舌間隙和葉輪的露出長度，不僅可以提高風機的效率，還可以降低風機的A聲級噪聲。按一維設計理論(等環(huán)量法)蝸殼型線應為一條對數(shù)螺旋線。通過對方程的簡化處理，離心風機按照等邊基元法和不等邊基元法可以快速完成蝸殼型線的繪制。離心風機采用改進的等邊基元法繪制離心風機的蝸殼型線，通過數(shù)值計算與實驗研究，結果表明采用改進的等邊基元法繪制蝸殼型線，不僅可以提高離心風機的效率，節(jié)能離心風機，還可以降低風機的噪聲。在蝸殼型線一維設計理論的基礎上，通過考慮氣體粘性因素的影響，對風機原外殼進行了改進。研究結果表明，通過考慮氣體粘性，6-30離心風機，對蝸殼型線進行改進，可以減小蝸殼內(nèi)的流動損失，提高風機的效率。

離心風機邊界條件下的工作壓力為101325pa，入口邊界條件下的壓力入口，表壓為0，初始壓力為-50pa。離心風機出口邊界條件設置有壓力出口，根據(jù)不同的工作條件設置不同的壓力值。其他邊界保持默認墻設置。采用三種不同的網(wǎng)格密度對離心風機的計算域進行離散。較小網(wǎng)格數(shù)為case1，網(wǎng)格數(shù)為1404467。在此網(wǎng)格的基礎上，相應邊上的節(jié)點數(shù)增加了1.2倍，得到了實例2。網(wǎng)目尺寸為2506630。然后將case2對應邊上的節(jié)點數(shù)增加1.2倍，得到case3的網(wǎng)格，即4647360。在三種不同網(wǎng)格密度下設置相同的邊界條件，經(jīng)過計算，得到了離心風機樣機在設計條件下的全壓、全扭矩和效率。從表中可以看出，在設計條件下，風機的總壓和效率隨網(wǎng)格密度變化不大。但是，由case1和case2和case3計算的值之間存在一些差異。考慮到計算的準確性和機器時間的消耗，后一個網(wǎng)格的數(shù)量是根據(jù)案例2的數(shù)量計算的。

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