九洲风机丨收敛准则与计算结果分析

 
 
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更新 2016-08-13 16:22
 
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佛山南海九洲普惠风机有限公司

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 判断计算收敛的基本原则:(1)随着迭代步数的增加,总残差降低至某一水平并保持微幅振荡,通常这一水平保持较小的值(负值);(2)随着迭代步数的增加,总体参数(质量流量、等熵效率、总压比或膨胀比、扭矩和功率等)不再变化,保持水平。图1是计算过程中进出口质量流量的计算收敛曲线,在总迭代步数达到220步,计算已趋于收敛,进出口质量误差为0.06%,这也表明软件的计算稳定性和快速收敛性。

轴向推力和扭矩的计算值与数值模拟过程中选定计算域中的几何面有关系。在数值计算中,选择计算域中旋转的固体壁面计算轴向推力和扭矩。在总体性能参数的计算中,进口参数取喷嘴进口的气动参数密流加权平均值,出口参数取叶轮出口的气动参数密流加权平均值。扭矩和轴向推力是针对叶轮旋转部件而言的。

从表1中看出,减薄后流量变大,效率提高,但是轴向推力、扭矩、功率和出口绝对总压也相应升高。数值计算的结果与实际情况一致,叶片前端减薄,叶片进口面积增大,所以流量变大。

在压力面上的绝对总压分布见图2。从压力云图可知,叶片在减薄前,总压的分布不是逐渐递增,而是在离叶片前沿的位置有一个低压区,风机在运行过程中,通过冲蚀叶片前端使其减薄。叶片表面所受的压力在减薄后从进口到出口,呈梯度逐渐增加,中间没有突变,说明该离心通凤机在运行过程中,叶片表面有一个逐渐趋于平缓的趋势。同时,也使得叶片前沿所受的绝对总压力从101000Pa减小到85100Pa。

通过观察各三维网格层截面,在减薄前后叶轮内部整个区域的速度分布比较均勻,没有发现大的漩涡和回流,说明该离心通风机原始模型设计令人满意。

通过设定同样的拓扑结构网格,同样的进口边界条件来计算同一离心通风机叶轮前端减薄前后的性能参数和分析流场细节。通过分析可以说明,即使离心通风机初始设计的原始模型较好,无大的漩涡和回流,但是叶轮前端的压力面上的总压分布如果不是逐渐递增,则在运行过程中,叶片前端也会造成冲蚀减薄。在设计类似离心通风机时,可以通过三维建模,提取几何,并用相应的CFD分析计算叶轮内部的流场细节,确保整体流场无回流和漩涡的前提下,尽量保证压力面的绝对总压遂渐过渡。

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