大流量低風(fēng)壓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)與數(shù)值分析

5.4.1大流量低風(fēng)壓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)

采用相似設(shè)計(jì)得大流量低風(fēng)壓風(fēng)機(jī),模型風(fēng)機(jī)依然采用傳統(tǒng)風(fēng)扇內(nèi)置風(fēng)機(jī),葉片分布方式依然釆用原分布方式。由上節(jié)知,風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)流量為0.0475 m3/s,考慮到基座入口等附加損失,新風(fēng)機(jī)的全壓要稍大于無(wú)葉風(fēng)扇的壓阻,因此設(shè)計(jì)全壓要在200 Pa以上,根據(jù)相似定律得到新風(fēng)機(jī)參數(shù):n=2500 r/min, Dii=24 mm, Di2=104 mm, D2i=156 mm, D22=176 mm,式中Dn—設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)進(jìn)口內(nèi)徑,mm;DI2一設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)進(jìn)口外徑,mm;

D21一設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)出口內(nèi)徑,mm;D22一設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)出口外後,mm。

鑒于新風(fēng)機(jī)出口尺寸較大,如果依舊采用軸向?qū)~,將會(huì)造成無(wú)葉風(fēng)扇入口很大的阻力損失,因此為了使風(fēng)機(jī)和無(wú)葉風(fēng)扇結(jié)構(gòu)順利連接,本章又設(shè)計(jì)一款空間導(dǎo)葉,空間導(dǎo)葉進(jìn)口角獲得方法與軸流式導(dǎo)葉相同,出口角為90°,空間導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)參數(shù)如表5.2。

5.4.2大流量低風(fēng)壓性能與聲壓級(jí)預(yù)測(cè)

5.4.2.1大流量低風(fēng)壓風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)

圖5.17為大流量風(fēng)機(jī)計(jì)算模型局部圖,對(duì)該風(fēng)機(jī)進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算,圖5.18為額定工況下導(dǎo)葉中間截面展開(kāi)圖的速度矢量圖,由圖可以看出流體沿導(dǎo)葉入口切線(xiàn)流入導(dǎo)葉,沒(méi)有造成入流沖擊,說(shuō)明導(dǎo)葉入口角設(shè)置合理;從導(dǎo)葉出來(lái)后,流體基本沒(méi)有旋轉(zhuǎn)分量。

5.4.2.2大流量低風(fēng)壓風(fēng)機(jī)聲壓級(jí)預(yù)測(cè)

在穩(wěn)態(tài)計(jì)算的基礎(chǔ)上對(duì)新設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行寬頻噪聲分析,圖5.21為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)的噪聲聲功率級(jí)分布圖,由圖可以看出葉輪和導(dǎo)葉聲功率級(jí)分布比較集中,特別是在葉輪進(jìn)出口處,但相比于圖3.16,新設(shè)計(jì)的大流量風(fēng)機(jī)聲功率值較模型風(fēng)機(jī)要低。本節(jié)在瞬態(tài)計(jì)算聲壓級(jí)時(shí)依然定義葉輪和導(dǎo)葉為聲源。

借助非定常流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果,采用FW-H方程對(duì)微型風(fēng)機(jī)的離散噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)。定義5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),圖5.22為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置示意圖,坐標(biāo)分別為(32,0,3)、應(yīng)。圖5.23為各點(diǎn)聲壓級(jí)變化,變化趨勢(shì)同圖3.20。表5.3為大流量風(fēng)機(jī)與模計(jì)轉(zhuǎn)速比傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)小很多,所以風(fēng)機(jī)聲壓級(jí)較后者也有所下降,并且由于導(dǎo)葉變石家莊風(fēng)機(jī)廠(chǎng)成空間導(dǎo)葉,噪聲在空間導(dǎo)葉消粍?shì)^大,導(dǎo)葉出口聲壓級(jí)也明顯降低,風(fēng)機(jī)出口遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓級(jí)較模型風(fēng)機(jī)下降4.3 dB,下降幅度小于兩級(jí)風(fēng)機(jī),這主要是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)流量增大,寬頻噪聲聲壓級(jí)增大。(87,0,-92)、(32,0,-195)、(0,0,100)、(0,0,-295),圖中各點(diǎn)與圖 3.17 中各點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)。圖5.23為各點(diǎn)聲壓級(jí)變化,變化趨勢(shì)同圖3.20。表5.3為大流量風(fēng)機(jī)與模型風(fēng)機(jī)

相應(yīng)點(diǎn)聲壓級(jí)對(duì)比,由表可知,由于為滿(mǎn)足無(wú)葉風(fēng)扇性能,新風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速比傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)小很多,所以風(fēng)機(jī)聲壓級(jí)較后者也有所下降,并且由于導(dǎo)葉變成空間導(dǎo)葉,噪聲在空間導(dǎo)葉消粍?shì)^大,導(dǎo)葉出口聲壓級(jí)也明顯降低,風(fēng)機(jī)出口遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓級(jí)較模型風(fēng)機(jī)下降4.3 dB,下降幅度小于兩級(jí)風(fēng)機(jī),這主要是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)流量增大,寬頻噪聲聲壓級(jí)增大。

5.5三種無(wú)葉風(fēng)扇性能對(duì)比

表5.4為小間隙無(wú)葉風(fēng)扇、大間隙無(wú)葉風(fēng)扇和傳統(tǒng)無(wú)葉風(fēng)扇性能的對(duì)比,由表可以看出新設(shè)計(jì)的小間隙無(wú)葉鳳扇和大間隙無(wú)葉風(fēng)扇性能均比傳統(tǒng)風(fēng)扇高,新風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲均比模型風(fēng)機(jī)有所下降。鑒于小間隙無(wú)葉風(fēng)扇性能較大間隙無(wú)葉風(fēng)扇性能更優(yōu),因此大間隙無(wú)葉風(fēng)扇并沒(méi)有做實(shí)體模型,大間隙無(wú)葉風(fēng)扇還需要進(jìn)一步優(yōu)化。
 

小結(jié)

本章設(shè)計(jì)了一款具有收縮內(nèi)表面、大間隙出風(fēng)的無(wú)葉風(fēng)扇,成功解決了無(wú)葉風(fēng)扇在大間隙下出風(fēng)不均勻的問(wèn)題芯片解密,并研究了收縮角對(duì)風(fēng)扇性能的影響;同時(shí)為了滿(mǎn)足該款無(wú)葉風(fēng)扇性能需求又配套設(shè)計(jì)了一款大流量混流風(fēng)機(jī),并對(duì)風(fēng)機(jī)的靜態(tài)特性和氣動(dòng)聲學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值預(yù)測(cè)。本節(jié)研究?jī)?nèi)容的主要結(jié)論如下:

(1)在大間隙出風(fēng)時(shí)無(wú)葉風(fēng)扇無(wú)法形成穩(wěn)定的射流現(xiàn)象,研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)增加格柵設(shè)置,減小氣流在出風(fēng)口的環(huán)向流動(dòng),可以保證無(wú)葉風(fēng)扇出風(fēng)均句,出風(fēng)口間隙越大,需要的格柵密度越大;

(2)無(wú)葉風(fēng)扇內(nèi)表面收縮角對(duì)風(fēng)向的影響較大:收縮角小于20°時(shí),無(wú)葉風(fēng)扇上側(cè)出風(fēng)強(qiáng),風(fēng)向偏上;收縮角大于20°時(shí)無(wú)葉風(fēng)扇下側(cè)出風(fēng)強(qiáng),風(fēng)向偏下;收縮角等于20。時(shí),無(wú)葉風(fēng)扇上下出風(fēng)對(duì)稱(chēng),風(fēng)向正中。選擇收縮角時(shí),風(fēng)速不是唯一指標(biāo),還應(yīng)考慮風(fēng)向,保證出風(fēng)效果最佳;

(3)由于無(wú)葉風(fēng)扇間隙增大,所需風(fēng)機(jī)全壓降低,因此新設(shè)計(jì)的大流量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速大幅降低,為了保證無(wú)葉風(fēng)扇性能,與模型風(fēng)機(jī)相比,大流量風(fēng)機(jī)出口聲壓級(jí)降低了 4.3dB,降噪幅度略小于兩級(jí)風(fēng)機(jī)。