提高离心风机叶轮性能的探讨

离心风机作为一种重要的流体机械,广泛应用于国民经济的各个部门,是主要耗能机械之一,也是节能减排的重要研究领域。研究过程表明,提高离心风机叶轮的设计水平是提高离心风机效率和扩大其工作范围的关键。本文从离心风机叶轮的设计和利用边界层控制技术改善离心风机叶轮性能两个方面,对近年来提出的改善离心风机性能的方法和途径进行了总结和分析。

1离心风机叶轮设计方法简述

如何设计高效、工艺简单的离心风机一直是研究人员面临的主要问题,而设计高效的叶轮叶片是解决这一问题的主要途径。

叶轮是风机的核心气动部件,叶轮内部的流动直接决定了整机的性能和效率。因此,国内外学者为了了解叶轮内部的真实流动情况,改进叶轮设计,提高叶轮的性能和效率,做了大量的工作。

为了设计高效的离心叶轮,研究者们从各个角度研究了叶轮内气体的流动规律,寻求一种好的叶轮设计方法。早期采用的是单一设计方法[1]。通过大量的统计数据和理论分析,得出离心风机各关键截面气动和结构参数的选择规律。在采用一元法的初始阶段,离心叶轮和蜗壳的关键参数可以通过计算风机各关键截面的平均转速来简单确定,一般叶型采用简单的单圆弧成形。这种方法比较粗糙,设计出来的风扇性能需要设计师有丰富的经验。有时可以获得性能良好的风扇,但大多数情况下,设计的风扇效率较低。为了改进,研究人员用过流截面的概念设计了叶轮盖的子午轮廓[2-3]。这样设计的离心叶轮轮盖有两个或两个以上的圆弧。虽然用这种方法设计的叶轮效率略高于以前的整体式设计方法,但用这种方法设计的风扇轮盖加工难度大,成本高,很难用于大型风扇和非标风扇的生产。另一个重要方面是改进叶片设计。对于二维叶片,主要的改进方法有等减速法和等膨胀法等。[4],以及沿平均流线M分布给定叶轮内相对速度W的方法[5]。从损失的角度考虑,等减速方法通过在叶轮转轮内流动过程中以相同的速度均匀改变气流的相对速度,可以减少流量损失,提高叶轮效率。等膨胀度法是一种避免局部区域膨胀角过大的方法。给定叶轮内相对速度w沿平均流线m的分布,通过控制相对平均速度沿流线m的变化规律,可以得到叶片型线沿半径的分布,上述方法虽然简单,但也需要复杂的数值计算。

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