為研究后熱循環(huán)風(fēng)機(jī)葉輪的流場(chǎng)及噪聲問題，采用三維建模軟件ＵＧ對(duì)現(xiàn)有葉輪進(jìn)行逆向建模，提取出葉輪的幾何模型，運(yùn)用Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ對(duì)葉輪模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后采用Ｆｌｕｅｎｔ軟件模擬了葉輪三維粘性定常流動(dòng)特性，分析了葉輪內(nèi)部流動(dòng)情況，在此基礎(chǔ)上對(duì)葉輪模型進(jìn)行噪聲分析，得到流場(chǎng)模擬和噪聲分析結(jié)果，為葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。不同工況下，風(fēng)機(jī)壓力和效率損失也不相同，在設(shè)計(jì)工況及偏大流量工況下，熱循環(huán)風(fēng)機(jī)壓力和效率損失較大，效率也同步降低。

熱循環(huán)風(fēng)機(jī)作為干燥、通風(fēng)類家電產(chǎn)品的重要組成部件，其性能直接影響著家電產(chǎn)品質(zhì)量的高低。隨著現(xiàn)代生活對(duì)節(jié)能、環(huán)保等要求日益提高，開發(fā)、低噪風(fēng)機(jī)成為必然趨勢(shì)。離心式通風(fēng)機(jī)的工作介質(zhì)為氣體，工作過程中會(huì)產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲、機(jī)械噪聲和氣固耦合噪聲，其中氣動(dòng)噪聲是主要噪聲，約占到總噪聲的４５％左右。以離心風(fēng)機(jī)在掘進(jìn)工作面環(huán)境下的運(yùn)行工況為依據(jù)，進(jìn)行熱循環(huán)風(fēng)機(jī)參數(shù)設(shè)置：流量取22806。風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲主要由離散噪聲（旋轉(zhuǎn)噪聲）和湍流噪聲組成。高速高壓離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)噪聲較高，低速低壓風(fēng)機(jī)以湍流噪聲為主。且基頻噪聲和寬頻噪聲在風(fēng)機(jī)中不同程度的存在。目前對(duì)離心式通風(fēng)機(jī)降噪研究還處于試驗(yàn)為主的研究階段，但試驗(yàn)研究成本較大、周期較長，這對(duì)熱循環(huán)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)非常不利。此外，影響離心式通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的因素眾多，設(shè)計(jì)所得結(jié)果的降噪機(jī)理難以被系統(tǒng)揭示。數(shù)值模擬方法能夠提供風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng)信息和噪聲分布情況，有利于準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)離心式通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理和降噪原理，為進(jìn)一步推廣降噪設(shè)計(jì)的方法提供依據(jù)。所以，對(duì)離心式通風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬的研究是非常必要的。

熱循環(huán)風(fēng)機(jī)是廣泛應(yīng)用的一種機(jī)械，它的工作原理是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成氣體的壓力能，進(jìn)而排送氣體，在建筑業(yè)、鋼鐵業(yè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有應(yīng)用。金屬葉輪是離心風(fēng)機(jī)的重要組成部分，對(duì)于離心風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行和性能起著決定作用。試驗(yàn)在符合ISO3745標(biāo)準(zhǔn)的半消聲室中進(jìn)行，其四周墻壁及屋頂均裝有消聲尖劈，消聲室截止頻率100Hz，本底噪聲為26dB(A)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及技術(shù)的發(fā)展，老舊的離心風(fēng)機(jī)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展的需要。因此，對(duì)熱循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化成為了人們廣泛關(guān)注的問題。離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)金屬葉輪的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要的推動(dòng)作用。

本文通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)離心風(fēng)機(jī)金屬葉輪穩(wěn)定運(yùn)行影響進(jìn)行研究，主要通過各部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)離心風(fēng)機(jī)金屬葉輪穩(wěn)定運(yùn)行的作用作簡要分析，以達(dá)到為保證金屬風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行提供理論支持的目的。離心風(fēng)機(jī)和金屬葉輪互相影響，互為補(bǔ)充。而在風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，熱循環(huán)風(fēng)機(jī)葉輪出口氣流與蝸殼壁面間存在強(qiáng)烈的非定常干涉，使得蝸殼壁面成為風(fēng)機(jī)的主要噪聲源。金屬葉輪是離心風(fēng)機(jī)的重要組成部分，在一定程度上決定著離心風(fēng)機(jī)的性能。同時(shí)，離心風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化又促進(jìn)了葉輪的平穩(wěn)運(yùn)行。離心風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于鍋爐引風(fēng)、中央空調(diào)系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域，為人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。然而離心風(fēng)機(jī)也會(huì)造成大量的能源消耗，必須實(shí)現(xiàn)對(duì)離心風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以保證金屬葉輪的平穩(wěn)運(yùn)行，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

幾何模型建立與網(wǎng)格劃分

計(jì)算模型采用掘進(jìn)工作面4-72-5.6A 防爆防腐蝕的離心式通風(fēng)機(jī)，其主要參數(shù)：電機(jī)功率22 kW,轉(zhuǎn)速2 930 r/min,流量10 122~25 736 m3/h,全壓4 152~2 330 Pa。其主要由進(jìn)風(fēng)口、集流器、葉輪和蝸殼組成。

熱循環(huán)風(fēng)機(jī)集流器中添加了米字形結(jié)構(gòu)與環(huán)形擋環(huán)。風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且葉片外形不規(guī)則，因此生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格比較困難，相反非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格適應(yīng)能力強(qiáng)，在處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)有利于網(wǎng)格的自適應(yīng)。

因此熱循環(huán)風(fēng)機(jī)采用四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。使用ANSYS 軟件中的CFD 軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，加米字形集流器模型網(wǎng)格數(shù)1 072 503，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)184 910；普通圓弧形模型網(wǎng)格數(shù)1 296 832，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)223 847。B組合改進(jìn)風(fēng)機(jī)全壓降低了約5．0Pa，熱循環(huán)風(fēng)機(jī)效率下降了約0．9%。以離心風(fēng)機(jī)在掘進(jìn)工作面環(huán)境下的運(yùn)行工況為依據(jù)，進(jìn)行熱循環(huán)風(fēng)機(jī)參數(shù)設(shè)置：流量取22 806.54 m3/h，流速取6.335 15 m/s, 質(zhì)量流量取7.491 3 kg/s。把Pro/E 建立的幾何模型導(dǎo)入Fluent 中并對(duì)幾何模型的邊界條件計(jì)算參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。其中入口類型采用速度進(jìn)口，出口設(shè)為壓力邊界條件，本計(jì)算采用的樣機(jī)是礦用式離心風(fēng)機(jī)， 出口靜壓可以近似為0，蝸殼內(nèi)壁及葉輪壁面粗糙度均取0.5，集流器、葉輪、蝸殼等各流體區(qū)域結(jié)合處的公共面采用interface邊界類型面， 將葉片的壓力面和吸力面以及葉輪前盤、后盤和轉(zhuǎn)軸的內(nèi)外表面一起定義為旋轉(zhuǎn)壁面。環(huán)境壓力為101 325 Pa，取粉塵流體密度ρ=1.225 kg/m3。計(jì)算時(shí)采用SIMPLE 壓力速度耦合方法進(jìn)行。

在標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣風(fēng)管測(cè)試裝置上，對(duì)熱循環(huán)風(fēng)機(jī)及在風(fēng)機(jī)蝸殼周向板、前蓋板、后蓋板等部位分別加裝吸聲材料后，測(cè)試了不同結(jié)構(gòu)形式下風(fēng)機(jī)性能和噪聲特性。試驗(yàn)結(jié)果表明:相比原風(fēng)機(jī)，蝸殼周向板與后蓋板同時(shí)加裝吸聲材料效果較好，設(shè)計(jì)工況下A聲級(jí)能夠降低7．2dB(A)，在小流量工況下，吸聲蝸殼的降噪效果變差;根據(jù)風(fēng)機(jī)噪聲頻譜，穿孔板加玻璃棉吸聲蝸殼的吸聲性能中高頻好于低頻，風(fēng)機(jī)基頻噪聲在設(shè)計(jì)點(diǎn)能夠降低12．5dB(A);熱循環(huán)風(fēng)機(jī)加裝吸聲材料后風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能會(huì)略有下滑，壓力和效率都有不同程度的降低。離心式風(fēng)機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的通用輔助設(shè)備，而風(fēng)機(jī)噪聲尤其大型風(fēng)機(jī)噪聲很大，嚴(yán)重影響人的身心健康，所以降低風(fēng)機(jī)噪聲有著重要的意義。本文將對(duì)加米字支撐架的集流器和普通圓弧形集流器進(jìn)行整機(jī)數(shù)值模擬，重點(diǎn)分析這2種結(jié)構(gòu)形式對(duì)掘進(jìn)工作面的粉塵的導(dǎo)流效果，并對(duì)比其對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響，為掘進(jìn)工作面降塵效率的提高提供理論依據(jù)。由于蝸殼壁面是離心風(fēng)機(jī)主要的氣動(dòng)噪聲源，蝸殼不消聲時(shí)，聲波在風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)連續(xù)反射，形成一個(gè)混響聲場(chǎng)，聲壓級(jí)較高。采用消聲蝸殼后，被吸收的聲能多，被反射的聲能少，其聲場(chǎng)的聲壓級(jí)就會(huì)降低。

對(duì)于熱循環(huán)風(fēng)機(jī)消聲蝸殼降噪效果的研究，國內(nèi)外很多學(xué)者都做了不少的研究工作。Bartenwerfer等將蝸板外側(cè)消聲部分的外殼做成方形，里面填充消聲材料對(duì)離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行降噪試驗(yàn)研究，使改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)A聲級(jí)降低了9～12dB(A)。劉曉良等研究了消聲蝸殼消聲材料厚度、空腔厚度等對(duì)風(fēng)機(jī)降噪效果的影響，結(jié)果表明:適當(dāng)增加消聲材料厚度或空腔厚度可以提高消聲蝸殼的降噪效果。15m3/s，主要尺寸參數(shù)為：熱循環(huán)風(fēng)機(jī)蝸殼寬度b1152mm，葉輪內(nèi)徑1D210mm,葉輪外徑2D246mm，葉片進(jìn)口安裝角178A，葉片出口安裝角2160A，葉片圓弧半徑r14mm，葉片數(shù)z60。到目前為止，對(duì)消聲蝸殼的研究基本都集中在周向蝸板上加裝消聲材料，對(duì)風(fēng)機(jī)側(cè)板加消聲材料的消聲蝸殼降噪效果研究得還比較少。