離心風(fēng)機(jī)
關(guān)注創(chuàng)建者：犀利CAE 創(chuàng)建時(shí)間：2018-11-14
離心風(fēng)機(jī)的視頻教程
fluent 離心風(fēng)機(jī)穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)仿真分析及動(dòng)畫制作
1、講述了離心風(fēng)機(jī)流體域提取方法及旋轉(zhuǎn)域畫法注意事項(xiàng)； 2、講述了基于ICEM CFD軟件離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格劃分方法； 3、講述了離心風(fēng)機(jī)穩(wěn)態(tài)MRF模型參數(shù)含義及設(shè)置方法； 4、講述了離心風(fēng)機(jī)瞬態(tài)模型參數(shù)含義及設(shè)置方法； 5、講述了基于fluent的離心風(fēng)機(jī)后處理云圖、矢量圖、流線圖等生成方法； 6、講述了動(dòng)畫的設(shè)置方法及保存、查看；
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fluent 旋轉(zhuǎn)機(jī)械仿真分析案例二 離心風(fēng)機(jī)
1、講述了離心風(fēng)機(jī)流體域的處理方法； 2、講述了網(wǎng)格劃分方法； 3、講述了MRF風(fēng)機(jī)的設(shè)置方法；
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基于Fluent的離心風(fēng)扇及風(fēng)機(jī)流量仿真分析
本視頻教程主要是講解離心風(fēng)機(jī)/風(fēng)扇的流量仿真，通過Spaceclaim進(jìn)行幾何模型的前處理及修復(fù)，流體域和旋轉(zhuǎn)域的建立，然后通過fluent meshing進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格劃分，對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行改善，再通過fluent進(jìn)行求解設(shè)置和計(jì)算，最后進(jìn)行后處理；本課程會(huì)提供源文件模型3D及幾何處理好的模型文件。
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離心風(fēng)機(jī)的實(shí)例教程
11.2離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的影響
當(dāng)氣體的粘度不大，效率變化不明顯時(shí)，不同轉(zhuǎn)速下風(fēng)機(jī)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(shí)風(fēng)機(jī)的體積流量、壓頭和軸功率；
Q2、p2、N2－轉(zhuǎn)速為n2時(shí)風(fēng)機(jī)的體積流量、壓頭和軸功率；
11.3離心風(fēng)機(jī)葉輪直徑的影響
當(dāng)離心風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，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(shí)風(fēng)機(jī)的性能；
、、—葉輪直徑為時(shí)風(fēng)機(jī)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(jí)離心風(fēng)機(jī)
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(shì)能，在擴(kuò)壓器中，壓力不斷增大，然后進(jìn)過回流器進(jìn)入下一組葉輪，產(chǎn)生更高的壓力，反復(fù)幾組后會(huì)得到勢(shì)能很大的高壓氣體。
圖6-1多級(jí)離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖
二. 單級(jí)高速風(fēng)機(jī)和多級(jí)離心風(fēng)機(jī)的區(qū)別
1.按照工作原理，單級(jí)和多級(jí)離心風(fēng)機(jī)都屬于速度式風(fēng)機(jī)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(kuò)壓流動(dòng)，使氣體的速度得到提高，隨后在擴(kuò)壓器中把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。
2.二者的區(qū)別是單級(jí)離心風(fēng)機(jī)只有一組葉輪，空氣的壓縮是一次壓縮完成的，而多級(jí)離心風(fēng)機(jī)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(jìn)入下一葉輪，逐步完成的。由于離心風(fēng)機(jī)是依靠提高空氣的流動(dòng)速度即空氣動(dòng)能來(lái)壓縮空氣提高壓力，所以要獲得同樣的壓力，單級(jí)離心風(fēng)機(jī)的葉輪必須要比多級(jí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高數(shù)十倍，通常情況下多級(jí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只有數(shù)千轉(zhuǎn)，而單級(jí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速卻高達(dá)數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)甚至高達(dá)數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)。
展開 11.2離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的影響
當(dāng)氣體的粘度不大，效率變化不明顯時(shí)，不同轉(zhuǎn)速下風(fēng)機(jī)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(shí)風(fēng)機(jī)的體積流量、壓頭和軸功率；
Q2、p2、N2－轉(zhuǎn)速為n2時(shí)風(fēng)機(jī)的體積流量、壓頭和軸功率；
11.3離心風(fēng)機(jī)葉輪直徑的影響
當(dāng)離心風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，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(shí)風(fēng)機(jī)的性能；
、、—葉輪直徑為時(shí)風(fēng)機(jī)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(jí)離心風(fēng)機(jī)
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(shì)能，在擴(kuò)壓器中，壓力不斷增大，然后進(jìn)過回流器進(jìn)入下一組葉輪，產(chǎn)生更高的壓力，反復(fù)幾組后會(huì)得到勢(shì)能很大的高壓氣體。
圖6-1多級(jí)離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖
二. 單級(jí)高速風(fēng)機(jī)和多級(jí)離心風(fēng)機(jī)的區(qū)別
1.按照工作原理，單級(jí)和多級(jí)離心風(fēng)機(jī)都屬于速度式風(fēng)機(jī)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(kuò)壓流動(dòng)，使氣體的速度得到提高，隨后在擴(kuò)壓器中把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。
2.二者的區(qū)別是單級(jí)離心風(fēng)機(jī)只有一組葉輪，空氣的壓縮是一次壓縮完成的，而多級(jí)離心風(fēng)機(jī)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(jìn)入下一葉輪，逐步完成的。由于離心風(fēng)機(jī)是依靠提高空氣的流動(dòng)速度即空氣動(dòng)能來(lái)壓縮空氣提高壓力，所以要獲得同樣的壓力，單級(jí)離心風(fēng)機(jī)的葉輪必須要比多級(jí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高數(shù)十倍，通常情況下多級(jí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只有數(shù)千轉(zhuǎn)，而單級(jí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速卻高達(dá)數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)甚至高達(dá)數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)。
展開 離心式風(fēng)機(jī)是工業(yè)上使用最廣泛的設(shè)備之一，典型的應(yīng)用場(chǎng)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(dòng)能傳遞給氣體，蝸殼起整流的作用，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓頭。
動(dòng)畫1 離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫
葉片和蝸殼的設(shè)計(jì)直接影離響離心式風(fēng)機(jī)的功率和壓頭。而在實(shí)際設(shè)計(jì)中，往往需要根據(jù)工程師的經(jīng)驗(yàn)，逐步調(diào)整幾何模型，通過實(shí)驗(yàn)和仿真的方法來(lái)獲得模型的性能，雖然通常可以獲得更好的設(shè)計(jì)，但是因?yàn)闀r(shí)間和成本因素，無(wú)法保證對(duì)關(guān)鍵參數(shù)變化的所有方案的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真分析，難以獲得最優(yōu)的離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方案。通過對(duì)模型中的關(guān)鍵幾何變量進(jìn)行參數(shù)化建模，配合優(yōu)化分析或者方案掃掠，全面評(píng)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(duì)離心風(fēng)扇進(jìn)行參數(shù)化建模的示例。從下面的動(dòng)畫可以看到參數(shù)化模型生成的各種設(shè)計(jì)。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(xì)說明。
注：需要參考User Guide，先熟悉并掌握3D-CAD的基本操作。
動(dòng)畫2 離心風(fēng)機(jī)參數(shù)化模型變化動(dòng)畫
第1步，葉片
首先通過繪制葉片外傾角線來(lái)構(gòu)造葉片。葉片外傾線是使用4個(gè)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(diǎn)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 來(lái)源：ANSYS資料庫(kù)
翻譯：上海安世亞太
摘要
通過一個(gè)后傾離心風(fēng)機(jī)的流動(dòng)實(shí)例，F(xiàn)LUENT得到了驗(yàn)證。該實(shí)例對(duì)其流動(dòng)范圍進(jìn)行了研究。與現(xiàn)有的試驗(yàn)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(dāng)?shù)夭蹲?em>風(fēng)機(jī)的幾個(gè)性能特征。
正文
本文所研究的風(fēng)機(jī)為采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的后傾離心風(fēng)機(jī)。在實(shí)驗(yàn)室（按照ANSI/AMCA 210-85、ANSI/ASHRAE 51-1985標(biāo)準(zhǔn)）通過將風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口安裝到風(fēng)洞入口以對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。允許周圍的空氣從各個(gè)方向通過入口孔進(jìn)入風(fēng)機(jī)。在風(fēng)洞中使用常規(guī)技術(shù)（靜壓口和射流噴嘴）測(cè)量升壓和流量。在額定運(yùn)行速度和一定流量范圍內(nèi)，收集了風(fēng)扇的性能數(shù)據(jù)，包括升壓、軸功率和聲壓級(jí)。由于轉(zhuǎn)速和空氣溫度的細(xì)微變化，所有數(shù)據(jù)均校正為額定轉(zhuǎn)速和標(biāo)準(zhǔn)大氣密度（0.075 lbm/ft3）。本研究的目標(biāo)之一是驗(yàn)證穩(wěn)態(tài)MRF方法在模擬離心風(fēng)機(jī)中的有效性。
因此，入口-轉(zhuǎn)子域采用運(yùn)動(dòng)參考系模型（恒轉(zhuǎn)速）建模，而假定外殼域?yàn)殪o止?fàn)顟B(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(biāo)準(zhǔn)的SIMPLE壓力-速度耦合方案以進(jìn)行求解。風(fēng)機(jī)幾何如圖1所示。它由前盤和后盤、15個(gè)葉片和蝸殼板組成。轉(zhuǎn)子安裝在一個(gè)蝸殼中，該蝸殼收集來(lái)自轉(zhuǎn)子的流量并通過一個(gè)矩形出口排出。入口的集流器也被用來(lái)幫助引導(dǎo)氣流進(jìn)入轉(zhuǎn)子，使流動(dòng)損失最小化。
圖一：風(fēng)機(jī)幾何
圖二：使用的表面幾何
基于GAMBIT建立了離心風(fēng)機(jī)的計(jì)算網(wǎng)格。以IGES幾何文件的形式獲得了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子和外殼的幾何。
展開 01
前言
多翼離心風(fēng)機(jī)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(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于吸油煙機(jī)、空調(diào)室內(nèi)機(jī)、工廠、礦井和電氣設(shè)備等的通風(fēng)換氣和冷卻中,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮巨大作用。多翼離心風(fēng)機(jī)其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)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(jì)模型
圖1 葉輪設(shè)計(jì)
圖2 蝸殼設(shè)計(jì)
圖3 風(fēng)機(jī)二維/三維顯示界面
03
CFD仿真建模
為了提高計(jì)算的進(jìn)度，把出口部分進(jìn)行自動(dòng)延長(zhǎng)從而減小出口回流對(duì)計(jì)算精度的影響。將整個(gè)流體域劃分成四個(gè)部分，分別為進(jìn)口部件、葉輪、蝸殼和出口段。
展開 
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離心風(fēng)機(jī)的最新內(nèi)容
離心風(fēng)機(jī)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(jìn)行真實(shí)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。
根據(jù)氣流進(jìn)入葉輪后的流動(dòng)方向不同，風(fēng)機(jī)主要分為軸流式風(fēng)機(jī)、離心式風(fēng)機(jī)和斜流（混流）式風(fēng)機(jī)。
圖4 自然對(duì)流和風(fēng)冷散熱的電芯最高溫度對(duì)比
3.3 風(fēng)機(jī)功率對(duì)風(fēng)冷散熱的影響
調(diào)節(jié)離心風(fēng)機(jī)的散熱功率并匹配風(fēng)量風(fēng)壓P-Q曲線，使風(fēng)機(jī)的功率分別為3 W、8 W和18 W,電芯最高溫度曲線如圖5所示，電芯的最高溫度在風(fēng)機(jī)功率18W和3W時(shí)相差可達(dá)16℃，電芯之間的最大溫差也從8.7℃降低到5.7℃。
為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)冷，需在特定位置放置風(fēng)機(jī)。與離心風(fēng)機(jī)相比，軸流風(fēng)機(jī)有著風(fēng)量大、能耗低、風(fēng)壓小等特點(diǎn)，因此電磁爐通常采用軸流風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)冷。風(fēng)機(jī)正下方設(shè)有進(jìn)風(fēng)格柵，當(dāng)空氣通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入電磁爐內(nèi)部后，會(huì)分別被聚風(fēng)板和導(dǎo)風(fēng)筋導(dǎo)向線圈盤和散熱片，發(fā)生熱交換后從出風(fēng)口排出。
圖1 電磁爐散熱結(jié)構(gòu)物理模型
2.2 網(wǎng)格劃分
電磁爐內(nèi)部計(jì)算域的網(wǎng)格如圖2所示。
因此葉間渦的作用對(duì)多翼離心風(fēng)機(jī)中的影響不可忽視。而葉間渦形成的主要原因是由于多翼離心風(fēng)機(jī)葉輪有著很大的正沖角和較大的相對(duì)液流角變化導(dǎo)數(shù)，所以造成了葉片上的邊界層分離和形成了正壓力梯度，從而不可避免的形成了葉間的二次渦流動(dòng)。圖13表示葉輪間的實(shí)際相對(duì)液流角度的變化情況。對(duì)比圖12可見，對(duì)于葉間渦流較大的區(qū)域液流角變化很不規(guī)律，這主要受渦流的影響造成的。
離心式風(fēng)機(jī)是工業(yè)上使用最廣泛的設(shè)備之一，典型的應(yīng)用場(chǎng)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(dòng)能傳遞給氣體，蝸殼起整流的作用，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓頭。
動(dòng)畫1 離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫
葉片和蝸殼的設(shè)計(jì)直接影離響離心式風(fēng)機(jī)的功率和壓頭。
圖5-1 風(fēng)扇葉片形狀
圖5-2 風(fēng)扇噪聲分布
下圖為某離心風(fēng)機(jī)的噪聲計(jì)算案例。
圖5-3 離心風(fēng)機(jī)噪聲分析
圖5-4 風(fēng)扇噪聲方式與實(shí)測(cè)對(duì)比
5.2 旋渦風(fēng)機(jī)噪聲案例
針對(duì)某旋渦風(fēng)機(jī)模型進(jìn)行噪聲模擬，并研究不同葉片數(shù)、輪徑比、葉片彎角、寬度等參數(shù)對(duì)噪聲的影響，并以離散頻率噪聲為目標(biāo)進(jìn)行消聲器降噪設(shè)計(jì)。
利用 CFD 數(shù)值計(jì)算的方法分別對(duì)離心通 風(fēng)機(jī)的噪聲和內(nèi)部流域 進(jìn)行了計(jì)算，并與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比得到了較小的誤 差證明了數(shù)值汁算的可行性 。
三、試驗(yàn)研究
圖12為A型離心風(fēng)機(jī)改進(jìn)前后的模擬與試驗(yàn)對(duì)比風(fēng)量—靜壓曲線，從圖中看出，在改進(jìn)前后數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好，隨著流量的增加，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)值誤差增大，但誤差整體保持在5%之內(nèi)，可以很好地預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)性能，利用上述方法用于風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)是可行的。同時(shí)，改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)靜壓有所降低，更加接近設(shè)計(jì)工況。
同等情況下，推薦選擇順序?yàn)椋簡(jiǎn)渭?jí)高速離心>單級(jí)羅茨>單級(jí)焊接離心風(fēng)機(jī)>多級(jí)離心。
五是確定材質(zhì)。
