瞬態(tài)離心風機的案例
基于STAR-CCM+風機界面：雙向進氣的多翼離心風機的仿真
前向多翼離心風機作為一種，流量大，風壓大的風機種類，常用于空調(diào)，吸油煙機等家用電器中，本案例使用STAR-CCM+中的多參考系（MRF）模型計算前向多翼離心風機的流場。
1、問題描述
本案例仿真的前向多翼離心風機為雙向進氣，轉(zhuǎn)速為1000rpm，在計算時把進口設(shè)為大氣壓，出口相對壓力設(shè)為0，計算域如圖1所示：
2、幾何與網(wǎng)格
（1）本案例的幾何網(wǎng)格采用從外部導(dǎo)入的方法，啟動STAR-CCM+軟件，點擊file→Import→Import surface mesh，選擇準備好的stl面網(wǎng)格文件，選導(dǎo)入界面，選擇create new region，把單位改為mm，其余默認，點擊ok即可：
（2）右鍵點擊Continua中的mesh1，選擇selectmeshing models，選擇surfaceremesher；
（3）右鍵mesh1→reference values，在base size中中填寫面網(wǎng)格的總體控制尺寸20mm；
（4）勾選region→region 1→dianji→mesh condions→custom surface size，在下面的mesh values→surface sizes中填入dianji面網(wǎng)格的relative targetsize和relative minmum size；對所有的part進行目標尺寸和最小尺寸進行控制。
展開 焦化設(shè)備：離心風機
11.2離心風機轉(zhuǎn)速n的影響
當氣體的粘度不大，效率變化不明顯時，不同轉(zhuǎn)速下風機的流量，壓頭和功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系也發(fā)生變化。
Q1、p1、N1－轉(zhuǎn)速為n1時風機的體積流量、壓頭和軸功率；
Q2、p2、N2－轉(zhuǎn)速為n2時風機的體積流量、壓頭和軸功率；
11.3離心風機葉輪直徑的影響
當離心風機的轉(zhuǎn)速一定時，流量、壓頭與葉輪直徑有關(guān) ，它們之間的近似關(guān)系為：
、、—葉輪直徑為時風機的性能；
、、—葉輪直徑為時風機的性能；
適用條件：固定轉(zhuǎn)速下，葉輪直徑的車削不大于20％。
第二章 多級離心風機
一. 工作原理
旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速，然后改變方向，使其減速，由于能量守恒，減速后的能量轉(zhuǎn)化為了勢能，在擴壓器中，壓力不斷增大，然后進過回流器進入下一組葉輪，產(chǎn)生更高的壓力，反復(fù)幾組后會得到勢能很大的高壓氣體。
圖6-1多級離心風機結(jié)構(gòu)圖
二. 單級高速風機和多級離心風機的區(qū)別
1.按照工作原理，單級和多級離心風機都屬于速度式風機的一種，即首先是工作輪在旋轉(zhuǎn)的過程中，由于旋轉(zhuǎn)離心力的作用及工作輪中的擴壓流動，使氣體的速度得到提高，隨后在擴壓器中把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。
2.二者的區(qū)別是單級離心風機只有一組葉輪，空氣的壓縮是一次壓縮完成的，而多級離心風機在一根主軸上有多組葉輪，空氣的壓縮是在多組葉輪間用回流器使氣流進入下一葉輪，逐步完成的。由于離心風機是依靠提高空氣的流動速度即空氣動能來壓縮空氣提高壓力，所以要獲得同樣的壓力，單級離心風機的葉輪必須要比多級風機的轉(zhuǎn)速高數(shù)十倍，通常情況下多級風機的轉(zhuǎn)速只有數(shù)千轉(zhuǎn)，而單級風機的轉(zhuǎn)速卻高達數(shù)萬轉(zhuǎn)甚至高達數(shù)十萬轉(zhuǎn)。
展開 離心風機內(nèi)部培訓(xùn)資料
11.2離心風機轉(zhuǎn)速n的影響
當氣體的粘度不大，效率變化不明顯時，不同轉(zhuǎn)速下風機的流量，壓頭和功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系也發(fā)生變化。
Q1、p1、N1－轉(zhuǎn)速為n1時風機的體積流量、壓頭和軸功率；
Q2、p2、N2－轉(zhuǎn)速為n2時風機的體積流量、壓頭和軸功率；
11.3離心風機葉輪直徑的影響
當離心風機的轉(zhuǎn)速一定時，流量、壓頭與葉輪直徑有關(guān) ，它們之間的近似關(guān)系為：
、、—葉輪直徑為時風機的性能；
、、—葉輪直徑為時風機的性能；
適用條件：固定轉(zhuǎn)速下，葉輪直徑的車削不大于20％。
第二章 多級離心風機
一. 工作原理
旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速，然后改變方向，使其減速，由于能量守恒，減速后的能量轉(zhuǎn)化為了勢能，在擴壓器中，壓力不斷增大，然后進過回流器進入下一組葉輪，產(chǎn)生更高的壓力，反復(fù)幾組后會得到勢能很大的高壓氣體。
圖6-1多級離心風機結(jié)構(gòu)圖
二. 單級高速風機和多級離心風機的區(qū)別
1.按照工作原理，單級和多級離心風機都屬于速度式風機的一種，即首先是工作輪在旋轉(zhuǎn)的過程中，由于旋轉(zhuǎn)離心力的作用及工作輪中的擴壓流動，使氣體的速度得到提高，隨后在擴壓器中把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。
2.二者的區(qū)別是單級離心風機只有一組葉輪，空氣的壓縮是一次壓縮完成的，而多級離心風機在一根主軸上有多組葉輪，空氣的壓縮是在多組葉輪間用回流器使氣流進入下一葉輪，逐步完成的。由于離心風機是依靠提高空氣的流動速度即空氣動能來壓縮空氣提高壓力，所以要獲得同樣的壓力，單級離心風機的葉輪必須要比多級風機的轉(zhuǎn)速高數(shù)十倍，通常情況下多級風機的轉(zhuǎn)速只有數(shù)千轉(zhuǎn)，而單級風機的轉(zhuǎn)速卻高達數(shù)萬轉(zhuǎn)甚至高達數(shù)十萬轉(zhuǎn)。
展開 ICEM-離心風機結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格
對于離心風機的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，可以劃分單獨一個葉片的周期，進行旋轉(zhuǎn)陣列復(fù)制；該難點在于葉片位置，比較薄，可以考慮用面關(guān)聯(lián)處理。
基于icepak實現(xiàn)離心風機blower的建模教程 ￥80
離心風機加外殼方案，是散熱系統(tǒng)經(jīng)常用到的一種散熱方案，在Icepak中使用blower模塊可以進行真實模擬氣流和散熱情況，本教程逐步介紹建模過程，并附帶仿真源模型，下載后可直接求解。如有問題，可技術(shù)交流。
Simcenter STAR-CCM + 3D-CAD中的離心風機參數(shù)化示例
離心式風機是工業(yè)上使用最廣泛的設(shè)備之一，典型的應(yīng)用場景包括HVAC系統(tǒng)等。常規(guī)結(jié)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定的蝸殼，如下圖所示。葉輪將動能傳遞給氣體，蝸殼起整流的作用，將動能轉(zhuǎn)化為壓頭。
動畫1 離心風機旋轉(zhuǎn)動畫
葉片和蝸殼的設(shè)計直接影離響離心式風機的功率和壓頭。而在實際設(shè)計中，往往需要根據(jù)工程師的經(jīng)驗，逐步調(diào)整幾何模型，通過實驗和仿真的方法來獲得模型的性能，雖然通常可以獲得更好的設(shè)計，但是因為時間和成本因素，無法保證對關(guān)鍵參數(shù)變化的所有方案的性能進行實驗和仿真分析，難以獲得最優(yōu)的離心風機設(shè)計方案。通過對模型中的關(guān)鍵幾何變量進行參數(shù)化建模，配合優(yōu)化分析或者方案掃掠，全面評估方案，獲得魯棒性好和性能高的模型方案。
本文提供了在Simcenter STAR-CCM+ 3D-CAD中對離心風扇進行參數(shù)化建模的示例。從下面的動畫可以看到參數(shù)化模型生成的各種設(shè)計。本文最后附帶有3D-CAD模型的仿真文件。下面列出了如何在Simcenter STAR-CCM+ 3D-CAD中構(gòu)建參化數(shù)模型的詳細說明。
注：需要參考User Guide，先熟悉并掌握3D-CAD的基本操作。
動畫2 離心風機參數(shù)化模型變化動畫
第1步，葉片
首先通過繪制葉片外傾角線來構(gòu)造葉片。葉片外傾線是使用4個參數(shù)構(gòu)造的，即曲率（curvature），弦(Chord)，葉片偏離中心的距離（offsetFromCenter）和葉片角度（BladeAngle）。
1. 從原點開始創(chuàng)建兩條構(gòu)造線，定義為“blade offset from center”，“bladeangle”和“blade chord length”，如下圖所示。
圖1 葉片構(gòu)造線1
2.
展開 多翼式離心風機氣動和噪聲分析
概要
使用SC/Tetra來評估不同幾何形狀的風機對空氣動力和旋轉(zhuǎn)停滯的噪音影響。
對于住宅區(qū)的通風設(shè)備，噪音減少是至關(guān)重要的。通過在風機中葉片的前面安裝風扇護罩(如圖1所示)可以有效改善空氣動力的特性，盡管，在其中有很大一部分流體動力原理還不為人知。護罩對空氣動力學的特性和噪音的評估是通過實驗來實現(xiàn)的，還有旋轉(zhuǎn)停滯對寬頻噪音的影響分析是通過模擬內(nèi)部流場來完成的。
2. 算例
2.1. 實驗結(jié)果
2.2. SC/Tetra模擬結(jié)果
3. 總結(jié)
SC/Tetra展示了空氣流過風機的過程，并證評估了旋轉(zhuǎn)停滯對兩種風機寬頻噪音的影響。空氣動力特性與寬頻噪音相互違背。然而，MF9S特定的噪音級別是低于MF9。SC/TETRA證明了保護罩的使用可以提高多翼式離心風機的性能。
多翼式離心風機氣動和噪聲分析.pdf
展開 穩(wěn)態(tài)MRF方法在模擬離心風機中的有效性
來源：ANSYS資料庫
翻譯：上海安世亞太
摘要
通過一個后傾離心風機的流動實例，F(xiàn)LUENT得到了驗證。該實例對其流動范圍進行了研究。與現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)相比，穩(wěn)態(tài)多重參考系(MRF)模型和realizable k-e湍流模型可以適當?shù)夭蹲?em>風機的幾個性能特征。
正文
本文所研究的風機為采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子設(shè)計的后傾離心風機。在實驗室（按照ANSI/AMCA 210-85、ANSI/ASHRAE 51-1985標準）通過將風機的出風口安裝到風洞入口以對風機進行測試。允許周圍的空氣從各個方向通過入口孔進入風機。在風洞中使用常規(guī)技術(shù)（靜壓口和射流噴嘴）測量升壓和流量。在額定運行速度和一定流量范圍內(nèi)，收集了風扇的性能數(shù)據(jù)，包括升壓、軸功率和聲壓級。由于轉(zhuǎn)速和空氣溫度的細微變化，所有數(shù)據(jù)均校正為額定轉(zhuǎn)速和標準大氣密度（0.075 lbm/ft3）。本研究的目標之一是驗證穩(wěn)態(tài)MRF方法在模擬離心風機中的有效性。
因此，入口-轉(zhuǎn)子域采用運動參考系模型（恒轉(zhuǎn)速）建模，而假定外殼域為靜止狀態(tài)。采用了realizable k-e湍流模型模擬湍流效應(yīng)。假設(shè)工作流體（空氣）是不可壓縮的，具有固定屬性（密度=0.075 lbm/ft3，黏度=1.2×10-5 lb/ft-s)。
通過使用二階離散化方程和標準的SIMPLE壓力-速度耦合方案以進行求解。風機幾何如圖1所示。它由前盤和后盤、15個葉片和蝸殼板組成。轉(zhuǎn)子安裝在一個蝸殼中，該蝸殼收集來自轉(zhuǎn)子的流量并通過一個矩形出口排出。入口的集流器也被用來幫助引導(dǎo)氣流進入轉(zhuǎn)子，使流動損失最小化。
圖一：風機幾何
圖二：使用的表面幾何
基于GAMBIT建立了離心風機的計算網(wǎng)格。以IGES幾何文件的形式獲得了風機轉(zhuǎn)子和外殼的幾何。
展開 347-CFX離心風機仿真WORKBENCH19.2-DM-MESHING-CFX-POST
04
基本結(jié)果
05
使用軟件
使用WORKBENCH19.2中的CFX對離心風機作流場仿真的操作，內(nèi)含DM抽取流體域處理（無建模過程，風機模型為外部導(dǎo)入）、MESHING網(wǎng)格劃分、CFX流體仿真設(shè)置及CFD-POST基本出圖。
單相流（空氣），F(xiàn)rozen Rotor“凍結(jié)轉(zhuǎn)子法”。
Fluent仿真實例｜穩(wěn)態(tài)MRF方法在模擬離心風機中的有效性
圖7：中等流速下中間平面上的速度矢量
總而言之，利用了Fluent CFD求解器在非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格上對后傾離心風機進行性能計算。 計算結(jié)果與現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)吻合良好。此外，還正確地預(yù)測了重要的性能趨勢，如壓力上升和效率隨流量的變化以及效率峰值點。
這些結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)MRF方法可以有效地計算離心風機的流量。雖然目前的計算是對風機內(nèi)平均流場的合理近似，但可以預(yù)見的是，當流體在非常低的流速下開始分解時，流動將變得非常不穩(wěn)定。因此，穩(wěn)態(tài)MRF方法無法滿足精度要求，需要非穩(wěn)態(tài)（滑移網(wǎng)格）來進行求解計算。
旋轉(zhuǎn)機械 流場分析｜基于STARCCM+的多翼離心風機流場分析
01
前言
多翼離心風機由于其具有尺寸系數(shù)小、噪聲低、流量系數(shù)大和壓力系數(shù)高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于吸油煙機、空調(diào)室內(nèi)機、工廠、礦井和電氣設(shè)備等的通風換氣和冷卻中,在國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮巨大作用。多翼離心風機其結(jié)構(gòu)上的特點是葉型呈前彎型，并且葉片數(shù)目較多，通常在40片以上，而且其葉片往往是等厚度的單圓弧葉片，方便加工制造。
02
設(shè)計模型
圖1 葉輪設(shè)計
圖2 蝸殼設(shè)計
圖3 風機二維/三維顯示界面
03
CFD仿真建模
為了提高計算的進度，把出口部分進行自動延長從而減小出口回流對計算精度的影響。將整個流體域劃分成四個部分，分別為進口部件、葉輪、蝸殼和出口段。
展開 
[案例分析]STARCCM+入門系列之——雙向進氣的多翼離心風機的仿真
前向多翼離心風機作為一種，流量大，風壓大的風機種類，常用于空調(diào)，吸油煙機等家用電器中，本案例使用STAR-CCM+中的多參考系（MRF）模型計算前向多翼離心風機的流場。
1、問題描述
本案例仿真的前向多翼離心風機為雙向進氣，轉(zhuǎn)速為1000rpm，在計算時把進口設(shè)為大氣壓，出口相對壓力設(shè)為0，計算域如圖1所示：
圖1 風機的計算域
2、幾何與網(wǎng)格
（1）本案例的幾何網(wǎng)格采用從外部導(dǎo)入的方法，啟動STAR-CCM+軟件，點擊file→Import→Import surface mesh，選擇準備好的stl面網(wǎng)格文件，選導(dǎo)入界面，選擇create new region，把單位改為mm，其余默認，點擊ok即可。
（2）右鍵點擊Continua中的mesh1，選擇select meshing models，選擇surface remesher；
（3）右鍵mesh1→reference values，在base size中中填寫面網(wǎng)格的總體控制尺寸20mm；
（4）勾選region→region 1→dianji→mesh condions→custom surface size，在下面的mesh values→surface sizes中填入dianji面網(wǎng)格的relative target size和relative minmum size；對所有的part進行目標尺寸和最小尺寸進行控制。
展開 Fluent實用案例 | 旋轉(zhuǎn)機械離心泵RBM瞬態(tài)仿真
<p>本案例利用Fluent中的滑移網(wǎng)格（RBM）模型，對離心泵性能問題進行了瞬態(tài)仿真計算。該案例僅對離心泵的瞬態(tài)計算進行了簡單演示，其余的旋轉(zhuǎn)機械的仿真設(shè)置與本案例基本一致，可按照該案例進行相關(guān)設(shè)置。本文的相關(guān)設(shè)置依托于<a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2MTg5ODU3Ng==&mid=2247485266&idx=1&sn=c0b3f482d2d320f473b1e70095cec80e&scene=21#wechat_redirect" rel="noopener noreferrer" target="_blank">Fluent MRF 旋轉(zhuǎn)機械離心泵靜態(tài)仿真(一) </a>。</p><p><strong>1 workbench 設(shè)置</strong></p><p>本案例具體設(shè)置如下圖 ：</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202509/fab6a2540649e0a6045f8802e34c0da7.png"></p><p><strong>2 SCDM 設(shè)置</strong></p><p><strong>2.1 導(dǎo)入幾何</strong></p><p>本案例的離心泵模型在ansys的離心泵設(shè)計軟件中進行構(gòu)建，并導(dǎo)入SCDM中 。
展開 使用 ANSYS CFX 對離心泵內(nèi)的流動進行瞬態(tài)仿真 ￥10
使用 ANSYS CFX 對離心泵內(nèi)的流動進行瞬態(tài)仿真。湍流模型采用 SST。同時包含 CFX 定義文件。
【CFD專欄】針對車輛液壓系統(tǒng)離心泵的MRF和瞬態(tài)計算方法比較
背景
簡介
Background profile
離心泵廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)中不同的熱流體系統(tǒng)。這種熱流體系統(tǒng)的計算流體動力學（CFD）分析的準確性取決于計算方法的選擇。該文章介紹了使用商用Simerics MP+軟件對離心泵進行CFD分析的兩種不同方法：瞬態(tài)（即動網(wǎng)格）方法和MRF方法。此外，還將使用車輛冷卻液液壓系統(tǒng)CFD模擬獲得的流量和壓降數(shù)據(jù)與臺架試驗數(shù)據(jù)的結(jié)果進行了比較。瞬態(tài)方法計算了泵葉片的真實運動，得到了葉片幾何瞬時位置下的瞬時流量解。在MRF方法中，靜止區(qū)的流量控制方程在絕對/慣性坐標系中求解，而運動區(qū)的流量在相對/非慣性坐標系中求解。該研究針對泵曲線上的監(jiān)測點，對獨立離心泵的瞬態(tài)和MRF 模擬結(jié)果進行了比較，并與獨立泵試驗進行了比較。
本文展示內(nèi)容源自Simerics公司與福特汽車公司在SAE International上發(fā)布的文章，主要介紹Simerics India基于專業(yè)的CFD軟件Simerics MP+針對控制車輛冷卻液液壓系統(tǒng)的離心泵的瞬態(tài)模擬方法與MRF模擬方法的準確性比較。
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