轴流风机支架旋转角度对风机流场的影响

  针对这个假设，将支架旋转了4个角度，并对应于每个角度分别建模计算，以得出在不同风量下支架旋转角度对气流场作用的规律。

  在FLUENT中有一种专门用于计算流体机械的模型——Turbo模型，可以方便的对流体机械流场的全压，效率，轴功率等参数进行计算。为了充分的利用这种模型，同时简化计算，我们应该对原有风机模型做必要的改造。原有风机有5片支撑用支架，在现在的模型中增加为6片，这样12片风机叶片和6片支撑就形成了2:1的对应关系。在这种情况下，我们大家可以通过引入周期性边界条件（Periodic）来简化模型，只对风机流场的1/6进行模拟，大幅度减少了网格数，提高了计算效率。

  本文选取天津通风机厂生产的TVF轴流风机作为研究对象。该型号的风机是一种地铁专用可逆转轴流风机，叶轮直径1.8米，12片叶片，5个支架，标准转速985rpm。叶轮，几何模型的建立是在FLUENT的前处理软件GAMBIT中进行的。计算模拟部分采用的是FLUENT6.0计算商用软件。

  在计算中，设计了5个模型分别计算，每个模型对应的支架旋转角度分别是：初始模型A（支架未旋转），模型B（支架旋转5度），模型C（支架旋转10度），模型D（支架旋转16度），模型E（支架旋转20度）。针对每一个模型，我在正反转工况下各选取了7个点（每个点对应与一个风量，分别为40m3/s，45m3/s，50m3/s，55m3/s，60m3/s，65m3/s，60m3/s），共计14个点进行模拟。风机转速选定为985rpm，采用的网格种类和其他相关参数的设定与先前进行的计算相同。

  因此，如果在风机反转工况时，支架自身也旋转一个角度，如图3所示，使得支架和气流的交角减小，应该会减少对支架的冲击，来提升风机效率。当风机支架偏转一个角度后，如图4和图5所示，支架与风机内流场的平行度交好，可以尽量减小支架对流场的影响。

  与支架旋转5度的模型类似，在正转工况下风机的效率损失随着风量的提高而增加。但由于支架旋转角度的加大，支架对气流的阻碍作用越来越明显，效率损失增加的幅度也要更大一些。在反转工况下，除70m3/s的风量外，各个风量下效率都有了某些特定的程度的提高。

  轴流风机是地铁车站和隧道区间内通风的主要设备，如何改善轴流风机的性能，研制节能高效的地铁专用风机倍受人们的关注。地铁轴流风机的设计特别大程度上要依赖试验，设计成本相比来说较高。如果用数值模拟的方法对地铁轴流风机的流场进行模拟，能代替部分实验，预测风机性能，降低设计成本。本文利用FLUENT软件，针对地铁专用轴流风机支架偏转角度对风机性能的影响进行了模拟，得出了正反转工况下风机支架偏转不同角度时，风机的风量、风压和效率之间的关系。

  摘要：0.引言：轴流风机是地铁车站和隧道区间内通风的主要设备，如何改善轴流风机的性能，研制节能高效的地铁专用风机倍受人们的关注。地铁轴流风机的设计特别大程度上要依赖试验，设计成本相比来说较高。如果用数值模拟的方法对地铁轴流风机的流场进行模拟，能代替部分实验，预测风机性能，降低设计成本。本文利用FLUENT软件，针对地铁专用轴流风机支架偏转角度对风机性能的影响进行了模拟，得出了正反转工况下风机支架偏转不同角度时，风机的风量、风压和效率之间的关系。1.主要步骤：CFD解决实际问题的步骤大致上可以分为以下三步：1）在前处理......

  支架未旋转工况下反转效率比和正转效率相差较大，主要是由于建模时多引入一个支架的原因，与风机自身无关。

  支架旋转5度的情况下，风机正转时，由于支架旋转了一个角度，气流方向不再与支架保持平行，造成了气流对支架的冲击，从而使得风机正转工况下的效率较模型A会降低。风机反转时，支架的旋转使得气流方向与支架的交角变小，减少了支架对气流的阻碍作用，风机效率因此有所提高。

  从下面整理过的数据和图表我们大家可以看到，支架旋转16度后风机在大风量运转时，反转效率提高的比较多，但由于此时正转效率损失很大，所以不适合风机的大风量运转。

  实体建模区域确定为：风机支架后气流入口到风帽前端气流出口之间气流流经的风道内侧。为了把模型与现实中的风机的差别降到最小，在建模过程中完全采用三维方法，并且从图纸出发，注重风机和风道结构的每一个细节，没有做任何简化，甚至在叶轮端风道的2mm突起也没有简化。这些都保证了以后数值计算结果的可靠性。实际生成的网格共约25万网格，经GAMBIT检验，生成网格的倾斜度大多介于0.2到0.4之间，基本符合计算要求。生成的风机模型和表面网格分布如图1所示。

  在完成风机的通常性能的模拟之后，改变支架旋转角度并对风机流场进行模拟计算，绘制出模拟图，从而预测出支架角度对风机性能的影响。

  由于支架尺寸远大于相邻的风机叶片，导致流场中存在很大的周向非均匀性，从而会对风扇的振动、噪声和气动性能带来较大的影响。。

  在之前对风机性能的模拟中能够准确的看出当风机正转时，气流在入口侧沿着轴向流过风机支架，由于气流方向与支架形状保持平行，使得气流对支架的冲击很小。当风机反转时，支架处于风机的出口侧。气流流过叶片时，气流方向会发生偏转，风量越小，偏转的角度越大。这时，气流方向与支架形状会形成一个交角，造成气流对支架的冲击。这个冲击作用会使得风机反转时的效率会降低。在上面的计算中，风机正反转的效率要相差大约为4％。图2所示为在风机反转时的流场情况，很明显能够准确的看出由于气流脱离扇叶的方向与支架方向并不平行，因此在支架背侧有明显涡流区。虽然当风机正转时这个涡流区不明显，但也是存在的，支架离扇叶越近这个阻碍就越明显。因此支架的角度是风机振动、噪声的重要来源。