采用fluent对轴流风机支架旋转角度对风机流场的影响

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。地铁青岛轴流风机的设计很大程度上要依赖试验,设计成本相对较高。如果用数值模拟的方法对地铁轴流风机的流场进行模拟,可以代替部分实验,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解决问题的步骤主要分为以下三步:

1)在前处理软件中建模;

2)确定计算域和边界条件,导入计算软件,完成计算;

3)在计算软件中进行后处理或导入后处理软件进行后处理,查看结果。

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。

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很小,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。2. 支架对轴流风机流场及效率的影响:

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可以看出当风机正转时,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有所下降。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,很明显可以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。