風(fēng)機(jī)作為各行各業(yè)的配套產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于地鐵通風(fēng)、礦冶通風(fēng)、樓宇換氣通風(fēng)，空調(diào)設(shè)備等。然而，風(fēng)機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中主要的能源消耗設(shè)備及噪聲來源之一，其科技含量的提升和加工制造工藝的創(chuàng)新與優(yōu)化對(duì)節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)有著重要的意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)的電能消耗約占全國發(fā)電量的8～10%，因此提高風(fēng)機(jī)的效率和運(yùn)行效率是十分必要的。Seung-heo等人[64]將葉片的線性后緣改為S形后緣，結(jié)果表明，S型后緣葉片能有效地降低空調(diào)風(fēng)機(jī)的噪聲，使風(fēng)機(jī)噪聲降低到2。

風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、化工等特種行業(yè)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是葉輪的寬徑比小、內(nèi)外徑比小、由長短葉片間隔且均勻分布，性能特點(diǎn)是壓力系數(shù)高、流量系數(shù)小，因此通常應(yīng)用于高壓小流量的場合，但由于葉輪葉道較長，導(dǎo)致其內(nèi)部流動(dòng)損失較大，通常效率較低。并且由于其葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，加工成本較高，經(jīng)濟(jì)效益差，所以很多風(fēng)機(jī)企業(yè)放棄了批量生產(chǎn)的計(jì)劃，甚至不生產(chǎn)，造成了市場貨源短缺，因此進(jìn)一步的研究如何提高風(fēng)機(jī)效率，改善其加工工藝具有十分重要的意義。針對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)存在的以上問題，提出了“XQ斜槽式離心風(fēng)機(jī)流場關(guān)鍵部件改進(jìn)設(shè)計(jì)研究”的課題。本課題與某風(fēng)機(jī)企業(yè)合作，對(duì)此型號(hào)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高其性能。利用CFX商用軟件對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)輪緣密封進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)數(shù)值研究。該課題的成功進(jìn)行不僅會(huì)提高風(fēng)機(jī)的效率，降低能源消耗，還會(huì)將風(fēng)機(jī)的科學(xué)設(shè)計(jì)理念帶入企業(yè)，改善現(xiàn)在中、小、微風(fēng)機(jī)企業(yè)粗放型生產(chǎn)的現(xiàn)狀。

計(jì)算了風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)口直徑與葉輪出口外徑之比，即3258.0/20dd=從第1步開始，設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速為15.5998。可以看出，所設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)是一種低比轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)。得到了不同比轉(zhuǎn)速下風(fēng)機(jī)進(jìn)出口外緣直徑的比值范圍。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)滿足風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求，可以繼續(xù)后續(xù)的設(shè)計(jì)工作。入口攻角是指入口角與葉片相對(duì)速度和圓周切線之間的差。它與圓周切線的夾角等于葉片入口角1aβ，因此攻角為零。當(dāng)風(fēng)機(jī)流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)，經(jīng)向速度mc1減小，入口相對(duì)速度與圓周切線方向的夾角小于葉片進(jìn)口角1aβ，迎角為正。當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)，子午線速度mc1增大，入口速度與圓周切線的夾角大于葉片入口角度1aβ，風(fēng)機(jī)迎角為負(fù)。根據(jù)葉輪流道斷面面積逐漸變化的原理，建立了風(fēng)機(jī)葉片型線成形的數(shù)學(xué)模型。前葉輪1Aβ值一般在40~60之間。由于適當(dāng)增大了前風(fēng)機(jī)的迎角和安裝角，可以減小風(fēng)機(jī)葉片通道的流量損失。因此，當(dāng)迎角為6.04時(shí)，1aβ值為45。

煤礦生產(chǎn)中， 掘進(jìn)工作面是主要的產(chǎn)塵環(huán)節(jié)。粉塵不僅嚴(yán)重危及采掘工作面人員的身體健康，而且容易造成重大事故隱患。采用除塵風(fēng)機(jī)對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行降塵是主要降塵方式之一。但是，由于工作面粉塵極易隨風(fēng)四處擴(kuò)散，如何將粉塵定向?qū)腚x心風(fēng)機(jī)，提高除塵效率，是亟待解決的問題。其中集流器是引導(dǎo)粉塵氣體進(jìn)入風(fēng)機(jī)的重要結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式對(duì)風(fēng)機(jī)性能有很大的影響。有關(guān)研究表明圓弧形集流器對(duì)提高風(fēng)機(jī)性能效果好。A風(fēng)機(jī)入口擋板開啟80%時(shí)，風(fēng)機(jī)電流為146A，B風(fēng)機(jī)入口擋板開啟80%時(shí)，風(fēng)機(jī)電流為145。山東冠熙環(huán)保設(shè)備有限公司對(duì)集流器進(jìn)行改進(jìn)，在風(fēng)機(jī)集流器內(nèi)部的側(cè)壁上固定若干條肋組成的“米”字支撐架。

本文將對(duì)加米字支撐架的集流器和普通圓弧形集流器進(jìn)行整機(jī)數(shù)值模擬，重點(diǎn)分析這2 種結(jié)構(gòu)形式對(duì)掘進(jìn)工作面的粉塵的導(dǎo)流效果，并對(duì)比其對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響，為掘進(jìn)工作面降塵效率的提高提供理論依據(jù)。

風(fēng)機(jī)流體的數(shù)學(xué)模型

粉塵流體在風(fēng)機(jī)中流動(dòng)的物理?xiàng)l件較為復(fù)雜，影響因素較多，因此在離心風(fēng)機(jī)的數(shù)值計(jì)算中，假設(shè)流體為連續(xù)等溫不可壓縮的牛頓流體穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)而且各組分之間沒有化學(xué)反應(yīng)。其在風(fēng)機(jī)中的流動(dòng)要遵循質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量定理和能量守恒定律3 個(gè)基本物理守恒定律的支配。在設(shè)計(jì)流量條件下，通過改變蝸舌與葉輪之間的間隙，可以有效地提高風(fēng)機(jī)的總壓，降低風(fēng)機(jī)所需的扭矩，提高風(fēng)機(jī)效率2。