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(lái)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。鼓風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)方式因使用場(chǎng)合不同而不同，離心風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)方式也不同，如圖1。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)的電能消耗約占全國(guó)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。

鼓風(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(zhǎng)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(chǎng)合，但由于葉輪葉道較長(zhǎng)，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(chǎng)貨源短缺，因此進(jìn)一步的研究如何提高鼓風(fēng)機(jī)效率，改善其加工工藝具有十分重要的意義。在實(shí)際應(yīng)用中，總壓系數(shù)不僅與葉片出口安裝角有關(guān)，而且與葉輪的相對(duì)幾何尺寸有關(guān)。針對(duì)鼓風(fēng)機(jī)機(jī)存在的以上問(wèn)題，提出了“XQ斜槽式離心風(fēng)機(jī)流場(chǎng)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。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。

針對(duì)鼓風(fēng)機(jī)有無(wú)進(jìn)氣箱兩種結(jié)構(gòu)形式，建立了兩種計(jì)算模型，利用CFX 軟件對(duì)兩種模型進(jìn)行數(shù)值模擬，研究其內(nèi)部三維流場(chǎng)特性，基于數(shù)值模擬結(jié)果分析了進(jìn)氣箱對(duì)離心風(fēng)機(jī)的性能影響。鼓風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)控制和運(yùn)行優(yōu)化是建立在準(zhǔn)確的性能預(yù)測(cè)模型基礎(chǔ)上的，因此建立準(zhǔn)確的風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)模型具有十分重要的意義。數(shù)值模擬結(jié)果表明：加進(jìn)氣箱后，離心風(fēng)機(jī)的全開(kāi)流量與壓力有所降低，縮短了有效工作區(qū)域；在鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)部葉輪進(jìn)口處產(chǎn)生渦旋現(xiàn)象，堵塞了葉輪流道，使風(fēng)機(jī)的效率和壓力降低。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值對(duì)比是比較吻合。進(jìn)氣箱是離心風(fēng)機(jī)重要的組成部分，主要應(yīng)用于大型離心風(fēng)機(jī)與雙吸離心風(fēng)機(jī)。進(jìn)氣箱在其出口處氣體發(fā)生近90°轉(zhuǎn)彎，內(nèi)部流場(chǎng)十分復(fù)雜，并造成很大的流動(dòng)損失。其出口速度的不均勻性對(duì)鼓風(fēng)機(jī)性能影響明顯，有必要對(duì)其特性進(jìn)行研究。A.G.Sheard通過(guò)研究加進(jìn)氣箱的通風(fēng)機(jī)，在鼓風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)口加導(dǎo)流板控制葉輪進(jìn)口的非均勻氣流，結(jié)果表明在葉輪進(jìn)口加導(dǎo)流板能夠提高風(fēng)機(jī)的全壓，并得出了葉片根部斷裂的原因。使用三維粒子動(dòng)態(tài)分析儀（3D-PDA）對(duì)大型風(fēng)機(jī)進(jìn)氣箱內(nèi)部三維氣體流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，揭示了其內(nèi)部流動(dòng)的基本特征，為了解進(jìn)氣箱流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和流動(dòng)機(jī)理提供了依據(jù)。

將鼓風(fēng)機(jī)模型導(dǎo)入ICEM 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分過(guò)程中對(duì)離心風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部位要進(jìn)行加密處理，如葉輪、集流器、蝸舌、進(jìn)氣箱的轉(zhuǎn)角處等。然而，當(dāng)只改變?nèi)~輪結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)與原型風(fēng)機(jī)的相似性將不能得到滿足。對(duì)風(fēng)機(jī)的進(jìn)口與出口適當(dāng)延長(zhǎng)，以保證計(jì)算的穩(wěn)定性?？紤]到離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜且不規(guī)則性，本文采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，其中無(wú)進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量約370萬(wàn)，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上；帶進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量為380萬(wàn)，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上。

鼓風(fēng)機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)k-?模型，壁面函數(shù)為Scalable，數(shù)值計(jì)算方法為高階求解格式，求解格式為一階格式。（2）通過(guò)觀察原型風(fēng)機(jī)和斜槽風(fēng)機(jī)葉片通道的流線圖，可以看出設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)的長(zhǎng)、短葉片吸力面分離較弱，但沒(méi)有強(qiáng)渦流區(qū)。由于通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，馬赫數(shù)小，可認(rèn)為氣流為不可壓縮定常流動(dòng)。進(jìn)口給定質(zhì)量流量，出口給定靜壓,壁面條件為無(wú)滑移邊界，轉(zhuǎn)速為1 480r/min，并將流動(dòng)區(qū)域分為靜止域與旋轉(zhuǎn)域，兩者通過(guò)Interface連接，連接模型為普通連接，坐標(biāo)變換為轉(zhuǎn)子算法，網(wǎng)格連接方式為GGI。本文所研究的某離心風(fēng)機(jī)葉輪有均布的16 個(gè)前向的大小葉片，其內(nèi)部流場(chǎng)較為復(fù)雜，為了揭示鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)的流場(chǎng)特性，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行全三維數(shù)值模擬。先單獨(dú)分析了進(jìn)氣箱內(nèi)部流場(chǎng)特性，然后對(duì)進(jìn)氣箱與風(fēng)機(jī)進(jìn)行一體化分析，研究進(jìn)氣箱對(duì)離心風(fēng)機(jī)性能的影響。