1．引言
DF8CJ離心風(fēng)機(jī)為機(jī)車電機(jī)散熱用貫流風(fēng)機(jī)。因效率較低，。需要對其進(jìn)行改型，以增加效率，減少損失。
葉輪機(jī)械中流動損失主要來源于分離，分離則會產(chǎn)生旋渦，因此，旋渦是導(dǎo)致?lián)p失的主要因素。減小旋渦是改型設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。
使用Fluent軟件對風(fēng)機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬，可以得到風(fēng)機(jī)內(nèi)部較為準(zhǔn)確的氣流流動情況，并根據(jù)氣流分離情況進(jìn)行有針對性地改進(jìn)。雖然在計(jì)算時，無法對軟件內(nèi)部的控制方程作出調(diào)整，且整個計(jì)算域內(nèi)只能采用一種湍流模型，不能根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整。但其計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性仍可接受，設(shè)計(jì)時也可作為參考。
2，數(shù)值模擬及改型
DF8CJ離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)流量為4.5m3/S，設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度40℃，風(fēng)壓大于5500Pa。設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
2.1數(shù)值模擬，
2.1.1計(jì)算參數(shù)及網(wǎng)格
原型風(fēng)機(jī)中空氣流速較高，超過0.3倍馬赫數(shù)，因此采用可壓縮進(jìn)行計(jì)算。湍流模型選用標(biāo)準(zhǔn)k一￡模型。計(jì)算時首先用．階迎風(fēng)格式迭代至所有殘差降低至1e-3，然后換為二階迎風(fēng)格式迭代至殘差值穩(wěn)定，且出口面平均壓力在很小的范圍內(nèi)有規(guī)律地振蕩為止。
葉輪區(qū)域的計(jì)算網(wǎng)格采用楔形網(wǎng)格，數(shù)量為33萬，占總體網(wǎng)格數(shù)的50%左右。入口及渦殼區(qū)域由于形狀比較復(fù)雜，采用適應(yīng)性很強(qiáng)的四面體體格。同時在靠近葉輪區(qū)域的部分和渦舌部分加密。
2.1.2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
為驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，將原型機(jī)三個流量點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果與臺架實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果見下表。
從表中可以看出，計(jì)算結(jié)果與臺架實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的誤差小于5%，計(jì)算結(jié)果基本可信，可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)行改型。
2.2改型
2.2.1入口部分
離心風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是軸向進(jìn)氣，氣流在進(jìn)氣部分經(jīng)過90。折轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛄鲃樱M(jìn)入葉輪。這種折轉(zhuǎn)方式有先天不足。氣流的折轉(zhuǎn)需要靠法向壓力梯度來實(shí)現(xiàn)，如果法向壓力梯度不足，氣流就將分離。所以為了避免分離，折轉(zhuǎn)率不能太大。尤其是在氣流折轉(zhuǎn)后期，因其壓力梯度已耗盡。當(dāng)氣流發(fā)生擴(kuò)脹時，較收斂更容易分離。
原型機(jī)入口處的流動為擴(kuò)脹流動，且由軸向向徑向的折轉(zhuǎn)發(fā)生在90。的直角尖點(diǎn)，氣流產(chǎn)生劇烈分離，形成很強(qiáng)的旋渦。在葉輪區(qū)域入口處沿圓周取四條直線（圖2），可以看到沿葉高方向，氣流的徑向速度變化很大，且在進(jìn)氣端出現(xiàn)負(fù)徑向速度（圖3.a）。葉片部分區(qū)域非但沒有做工，還增加了損失。
改型減小了風(fēng)機(jī)入口的直徑，修改了入口型線，減小了氣流的折轉(zhuǎn)角。
改型后，氣流分離所產(chǎn)生的旋渦減小。葉高方向氣流的徑向速度相對于原型機(jī)更加均勻，沒有出現(xiàn)負(fù)徑向速度的區(qū)域，所有的葉片區(qū)域都做功（圖3.b）。
葉片靠近后板部分，氣流的徑向速度相對于葉片中部有所減小，原因在于改型啟、，葉片進(jìn)氣端氣流的徑向速度增人，使得葉片后部流量減小，導(dǎo)致徑向速度減小。
2.2.2輪轂
原型機(jī)輪轂型線的曲率半徑過小，盡管其是繞銳角折轉(zhuǎn)，但也造成氣流分離，產(chǎn)生很大的旋渦。輪轂邊緣還有一個臺肩，又造成第二次分離（圖4.a）。
改型加大了輪轂的折轉(zhuǎn)型線圓弧，取掉后臺架。同時，在輪轂頂端平頭鎖緊螺帽上加上一個流線型帽罩。改型后輪轂兩側(cè)的旋渦消失（圖4.b）。
2.2.3沖角
葉片進(jìn)氣端氣流流動速度不均勻。由于存在強(qiáng)烈的旋渦，進(jìn)氣速度很低。造成相對葉片進(jìn)氣角偏低，而靠近后板處氣流速度較高，相對葉片進(jìn)氣角較太。根據(jù)葉柵實(shí)驗(yàn)，沖角一股以2°、-3。為宜。既能形成一定的升力，又不致于過大的分離，造成過高的損失。當(dāng)氣流流量減小時，正沖角加大，使葉背發(fā)生分離。嚴(yán)重時則發(fā)生失速，不能正常工作。當(dāng)進(jìn)氣速度增加時，造成負(fù)沖角，使葉盆分離。當(dāng)流量過大時，則負(fù)沖角過大，風(fēng)機(jī)阻塞，同樣也不能正常工作。所以合適的沖角是保證風(fēng)機(jī)正常、高效工作的根本。
原型機(jī)入口旋渦很強(qiáng)，四條直線上沿葉高方向氣流的沖角全部為較大的正沖角，尤其是進(jìn)氣端（圖5．a(chǎn)）。
改型調(diào)整了葉片的安裝角，減小了氣流的止沖角。計(jì)算結(jié)果顯示，相對于原型機(jī)，氣流的沖角減小（圖5.b）。但在靠近渦舌部分（直線3），葉片后部氣流的沖角反而增大，這是渦舌影響所致。
3．改型效果
風(fēng)機(jī)改型后，最高效率提高了5.95%左右，工作點(diǎn)的靜樂比提高了0.0065。
4．結(jié)論
1．原型風(fēng)機(jī)入口處，氣流擴(kuò)脹流動，折轉(zhuǎn)角過大，產(chǎn)生強(qiáng)烈分離。設(shè)計(jì)時應(yīng)遵循流線型設(shè)計(jì)原則，避免出現(xiàn)過大的折轉(zhuǎn)角。
2．原型風(fēng)機(jī)的輪轂曲率過大，氣流產(chǎn)生分離。輪轂的型線應(yīng)與氣流的流線相近，避免由于曲率不當(dāng)而產(chǎn)生旋渦。
3．氣流的沖角最好在2～3度之間，過大或過小的沖角都會對效率造成影響。
4．風(fēng)機(jī)改型后，最高效率提高了5.95%左右，工作點(diǎn)的靜壓比提高了0.0065。
三門峽富通新能源銷售風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)等風(fēng)機(jī)設(shè)備。
