文档介绍：2005 Fluent 中国用户大会论文集

离心通风机内部流场的数值仿真及优化研究

王东屏兆文忠赵立峰
(大连交通大学机械工程学院大连,辽宁,116028)

摘要:某种型号离心通风机在使用中,存在风量不足、风压不均匀等问题,应用 Fluent 流动分析软件和 SIMPLE 算法,计
算此离心通风机内部三维粘性流场,对该风机进行优化设计,通风机的效率、轴功率等性能明显提高,为工厂改型设计提供
了有价值的依据;运用多学科优化平台软件 OPTIMUS 集成流体计算软件 Fluent,对通风机进口部位进行优化设计,在设定
的空间内进行了 7 次迭代,得到最优结果,将优化得到的通风机进气管型线与数值仿真结果进行比较,结果完全一致,证明
优化算法不仅可信,而且对深入认识离心式通风机内部的流动规律,提高离心式通风机的设计水平具有重要意义。
关键词:离心通风机;数值仿真;全流场;集成优化设计

引言
离心通风机是应用很广的一种气体输送机械,根据我国风机设计及应用的现状,对风机进行最优设计
节省能源潜力巨大。据统计,目前我国在用的通风机中 80%以上是 70B2、2BY 等轴流通风机和 9-57、4-62
等离心通风机。这些风机普遍存在着性能差、效率低的问题,已被国家列为淘汰产品。所以对现正使用通
风机的改造是一个十分迫切的问题[1]。
由于 CFD 计算可以相对准确地给出流体流动的细节,如速度场、压力场、温度场等特性,因而不仅可
以准确预测流体产品的整体性能,而且很容易从对流场的分析中发现产品和工程设计中的问题,所以在国
外已经逐步得到广泛的应用。另外,跨学科组合优化设计方法也已经成为复杂叶轮产品的设计平台。
如今,CFD 技术运用于风机的实例在我国已不少见,但由于计算机计算能力的限制,模型过于简单。
如单独一个离心叶轮的流道或单独算一个蜗壳;或运用一个流道与蜗壳迭代计算的方法研究风机内部流
动,上述模型均忽略了由于蜗壳型线的非对称而导致叶轮各叶道流动呈现的非对称流动特征,而且从离心
风机通道内流场分析来看,各部件间的相互影响很严重,所以,必须充分考虑它们之间的相互影响,不能
孤立地分别研究[2]。
本文应用 Fluent 流动分析软件,计算某型号离心通风机全流场,详细得到通风机内部流场流动情况,
并根据气动流场,对叶轮前盘形状和蜗壳出口部位等进行优化设计,同时,运用多学科优化平台软件
OPTIMUS 集成流体计算软件 FLUENT,优化计算通风机进口型线,比较集成优化型线与单独用 Fluent 反
复计算的结果,两者基本接近,说明集成优化是可信的。
1 计算区域及网格划分
将1流动区域分为三部分:通风机进口部分、叶轮和蜗壳。进口部分和蜗壳是静止元件,叶轮转动,
采用 gambit 进行参数化建模。整个通风机的网格数为 80 万,网格采用四面体和六面体混合的非结构网格
技术。
2 计算方法和湍流模型

论文属于横向课题。
作者简介:王东屏(1962—),女,出生于西安, 副教授,硕士,研究方向:计算流体力学工程应用。
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2005 Fluent 中国用户大会论文集
气体在通风机内流动时,它的气动性能在很大程度上由它本身的造型决定。由于流道形状、哥