电站离心风机旋转失速的三维数值模拟
219414992_基于三维扭转叶型设计的多翼离心风机噪声的数值仿真与分析
Numerical Simulation and Analysis of Multi-blade Centrifugal Fan Noise Based on Three-dimensional TwistBlade Profile Design*Ri-tian Ji 1Rui-peng Fu 1Shang-feng Wang 2Bing-yi Zhao 2Ming-ze Yuan 2Zhi-guo Qu 1,*(1.School of Energy and Power Engineering,Xi'an Jiaotong University;2.Shenyang Blower Group Auxiliary CompleteEngineering Co.,Ltd.)Abstract：In this paper,the flow and noise of a three-dimensional muti-blade centrifugal fan with twisted blade profile is numerical simulated by combining computational fluid dynamics (CFD)and Ffowcs Williams -Hawkings (FW-H)equations.The effect of twist blade profile on the sound pressure level at the near-field and far-field measurement points is researched to realize fan noise reduction.By analyzing the flow field,it is found that the muti-blade centrifugal fan has an obvious aerodynamic separation near the bottom side endwall of blade due to the increase of the relative attack angle.In this case,the twist design of fan blade profile is carried on and the noise pressure levels of fan with different bottom twist angles at the far-field and near-field measurement points are paring the calculation results of noise pressure levels ,it is found that with the increase of bottom twist angle,the far-field and near-field sound pressure levels both decrease first and then increase,and finally the optimal far-field sound pressure level is obtained when the bottom twist angle is -35°.It is verified by experiments that the average sound pressure level in the far field of twist blade profile fan is reduced by 1.3dB compared with the original blade profile fan.Keywords：Computational Fluid Dynamics;Computational Aeroacoustics Analogy;Ffowcs Williams-Hawkings Equation;Multi-blade Centrifugal Fan摘要：本文通过计算流体力学(CFD)和Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H)方程相结合的方式，对含扭转叶型的三维多翼离心风机进行流动与噪声仿真模拟，研究了叶型扭转对于近场和远场测点噪声声压级的影响，并实现了风机的降噪优化。
电站离心风机旋转失速机理分析及处理对策
会 引起 整个机 组效 率 下 降 ， 更重 要 的是 还会 对 机 器本 身 造成 严 重 危 害 ， 即使 不 诱 发 喘 振 ， 转 失 旋
速 也会 破坏 叶轮 内部 流 场 的不 均 匀 性 ， 生额 外 产
的气动 载荷 ， 严重 时 可 能诱 发 叶 片高 应 力 点 处 的 疲劳、 断裂 ， 风 机 的 经济 性 和 安 全 性 都 受 到严 使
气流 冲角； 一 流动角；１一 安装角。 １ 卢
图 １ 失 速 工况 下 翼 型 绕 流 情 况
通常情 况下 风 机 的 叶Βιβλιοθήκη 呈机 翼 状 的流 线 型 ，
１ ２ 吸 力 侧 旋 转 失 速 ．
当在设 计工 况下 运行 时 ， 流 冲角 ａ很小 ， 气 或者 气 流沿 着机翼 型 叶 片无 冲角 （ 一０ 流人 ， 绕 流 气 ） 则 体沿 着 叶 片保 持 流 水 线 状 态 。 当 流 量 低 于 设 计 流量 时 ， 体 进 入 叶 轮 的径 向速 度 减 小 ， 体 进 气 气
第 ２ ５卷 第 ２期
２ １ 年 ３月 ０１
发 电 没 务
Ｐ０Ｗ ＥＲ ＥＱｕＩ Ｍ ＥＮＴ Ｐ
Ｖｏ ＿ ５，ＮＯ． ｌ２ ２
Ｍａ．２ １ ｒ Ｏ１
电站 离 心风 机 旋 转 失速 机 理 分 析 及 处 理对 策
刘 哲 ， 王 松 岭 ， 吴 正 人 ， 张 磊
ＬＩ Ｚｈ Ｗ Ａ ＮＧ ｏ ｇ １ｎ， Ｗ Ｕ ｅ ｇ ｒ ｎ， ＺＨ ＡＮ Ｇ ｉ Ｕ ｅ， Ｓ ｎ ．ｉ Ｚｈ ｎ － ｅ Ｌｅ
（ ｃ ｏ ｆＥｎ ｒ ｙ，Ｐｏ ｒａ ｄ Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｓ ｈｏ ｌｏ ｅ ｇ ｗｅ ｎ ｃ ａ ｉ ａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ，Ｎ ｏ ｔ ｒｈ Ｃｈｉ ａ Ｅｌ ｃ ｒｃＰｏ ｒＵ ｎ ｖ ｒｉｙ， ｎ ｅ ｔ ｉ ｗｅ ｉ ｅ ｓｔ
基于有限体积法的G4-73型离心风机三维流场数值模拟
基于有限体积法的G4-73型离心风机三维流场数值模拟王松岭;张磊;杨阳;吴正人
【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2009(036)004
【摘要】基于有限体积法,利用FIuent软件对G4-73型离心风机内部流场进行了全三维数值模拟.结果表明:蜗壳内的低能流体区沿轴向朝流动方向推进;叶轮内的静压和动压在叶片吸力面靠近叶轮进口处最低,叶轮流道中动压等值线呈"凸"型分布,在叶片压力面靠近叶轮出口处静压和动压达到最大值,且叶轮出口相对总压损失集中在吸力面和前盘侧.
【总页数】4页(P38-41)
【作者】王松岭;张磊;杨阳;吴正人
【作者单位】华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定,071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定,071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定,071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定,071003
【正文语种】中文
【中图分类】TH4;O355
【相关文献】
1.G4-73型离心风机叶轮叶片开缝的数值模拟 [J], 李艳奇;吕玉坤;彭鑫;王铁民;任振宇;郭建新;唐文龙;李辉
2.基于有限体积法的离心通风机三维流场动力学特性分析 [J], 王松岭;骞宏伟;张磊;刘阳
3.G4-73型离心风机改用单板叶片的数值模拟 [J], 庞海宇;李嵩;沈炳耘
4.缝洞型多孔介质中多相流的有限体积法数值模拟 [J], 邸元;彭浪;WU Yu-shu;康志江
5.基于有限体积法的二维大地电磁各向异性数值模拟 [J], 王宁; 汤井田; 任政勇; 肖晓; 皇祥宇
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风机叶片三维绕流场数值模拟.
第十一届全国水动力学学术会议暨第二十四届全国水动力学研讨会并周培源教授诞辰110周年纪念大会文集风机叶片三维绕流场数值模拟周胡，王强，万德成*(海洋工程国家重点实验室，船舶海洋与建筑工程学院，上海交通大学，上海,200240,*通信作者：dcwan@ )摘要：本研究利用基于开源代码OpenFOAM所开发的两个求解器，对美国国家可再生能源实验室开发的Phase VI风机叶片的三维黏性绕流场进行数值模拟。
这两个求解器分别是基于任意网络界面元法(Arbitrary Mesh Interface, AMI)的瞬态求解器pimpleDyMFoam和基于多参考系(Multi Reference Frames,MRF)稳态求解器MRFSimpleFoam。
利用这两个求解器分别对相同桨距角、不同风速下三维风机叶片的复杂流场进行了数值模拟，计算得到叶片表面压力分布，叶片的推力、转矩、尾涡等气动力数据。
这两种求解器的计算结果与实验结果进行对比分析，证明采用这两种求解器数值模拟三维风机叶片复杂粘性流场是有效和可靠的。
关键词：风机叶片；三维黏性流场；AMI；MRF ；OpenFOAM1引言风能是清洁、无污染的可再生能源之一，得益于机翼设计理论，材料技术、电力供应、叶片加工制造等技术发展，风力发电技术日益成熟，在可再生能源中成本相对较低，应用前景广阔。
随着海上风能的迅速发展，风能的利用再一次吸引了全球学术界和工业界的目光。
国外关于风机叶片三维数值模拟的起步较早，也取得了一些重要的成果。
例如Hansen等1998年在附着在叶片上的旋转坐标系上建立计算模型，基于压力修正方法求解了不可压RANS （Reynolds Averaged Navier-Stokes）方程[1]，这是首次对完整的转子叶片的全NS数值模拟；Yuwei Li等利用动态重叠网格技术（Overset grid technology），使用CFDShip-lowa v4.5通用程序分别求解RANS方程的方法和大涡模拟的方法(DES, Detached Eddy Simulation)方法模拟了多种工况下的风机的气动力行为[2]；Zahle等使用基于结构化网格不可压有限体积法的EllipSys3D求解器模拟了风机转子和塔架相互作用，成功捕捉了叶片和塔架伴流的非定常相互作用，研究了塔影效应对风机气动力特性的影响[3]。
基于数值模拟的离心风机性能优化
Ｐｅ ｆ ｒ ａｎ ｅ Ｏ ｐｔｍ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｒ ｕｇ ｌＦａｎ Ｂａ ｅ ｏ ｕ ｅ ｉａ ｍ ｕｌ ｔｏ ｒｏ ｍ ｃ ｉ ｚ ｔｏ ｆ Ｃｅ ｔ ｉ ａ ｆ ｓ ｄ ｎ Ｎ ｍ ｒ ｃ ｌＳｉ ａｉｎ
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Ｋ ｅ ｗｏｒ ｓ： ｃ ｎ ｒｆ ａ ａ ｎ ｙ ｄ ｅ ｔｉｕｇ ｆ ｎ； ｕｍｅ ｃ ｌｓｍ ｕ ａｉｎ； ｒｏ ａ ｃ ｐｔｍｉａｉｎ ｌ ｉ ｒ ａ ｉ ｌｔｏ ｐｅｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｉ ｚ ｔｏ ｍ
１ 前 言
工 况及 其 附近运 行 时 ， 具有 较 高的效 率 ， 有 的风 但
Ｗ ＡＮＧ ｏ， Ｕ — ｏ ｇ， Ｈａ Ｗ Ｙａ ｄ ｎ ＯＵＹＡＮＧ ａ Ｈｕ
（ ｈ ｎｈｉ ｉ ｔｎ ｎｖｒｉ ，ｈｎｈ ｉ ０ ２０，ｈｎ ） Ｓａ ｇａ Ｊａ ｏｇＵ ｉｅｓｙＳ ａｇ ａ ２０ ４ Ｃ ｉａ ｏ ｔ
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电站离心风机旋转失速的三维数值模拟
电站离心风机旋转失速的三维数值模拟刘哲;陈世和;潘凤萍;李京茂【摘要】基于标准K-ε湍流模型,对电站锅炉常用的G4-73No.8D型离心风机的旋转失速现象进行数值模拟.使用用户自定义函数(user-defined function,UDF)编制程序,在定常计算结果收敛的基础上在风机出口截面引入节流阀模型进行非定常计算,模拟离心风机内的旋转失速流动.计算结果表明,随着阀门开度的减小,风机逐渐进入失速区域,在靠近前盖板附近区域首先出现了逆流；随着流量的进一步减小,逆流从叶轮前盘位置逐渐扩散发展到后盘位置,直至充满整个流道.进入旋转失速状态后叶片表面压力的脉动最终会导致风机叶片的疲劳损坏,危害风机的安全经济运行.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】4页(P37-40)【关键词】离心风机;旋转失速;节流阀模型;数值模拟【作者】刘哲;陈世和;潘凤萍;李京茂【作者单位】广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080;广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080;广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080;山东核电有限公司,山东烟台265116【正文语种】中文【中图分类】TK223.26电站风机是发电厂重要的辅助设备，其运行经济性决定着发电厂厂用电率的高低，其可靠性直接影响到整个发电厂的安全运行。
随着机组容量的不断扩大，风机选型不当造成风机实际运行点在不稳定气流区域或接近甚至进入失速区，以及风机管路系统特性不合理，均可造成风机转子有关部件的疲劳与损坏［1］。
离心风机的旋转失速（吸力侧失速）边界线与最高效率线比较接近［2］，容易造成风机偏离设计工况而运行在失速区。
运行在失速区的风机，会造成叶轮内部流场的不均匀性，产生额外的气动载荷，严重时可能诱发叶片高应力点处的疲劳、断裂问题，如果旋转失速情况得不到遏制，则可能导致喘振，不仅会引起机组效率下降，而且还会对设备造成严重危害，引起风机本体及连接管道的振动，产生事故隐患。
多翼离心式风机内部三维流场数值模拟与分析
摘 要 ： 用 Ｆ Ｕ Ｎ 利 Ｌ Ｅ Ｔ软件 ， 以三 维 时均 Ｎ —Ｓ方 程 和 标 准 两 方程 湍 流模 型 为基 础 ， 用 采
ＳＭ Ｌ Ｉ Ｐ Ｅ算 法 ， 离心式通 风机 内部整 机 流 场 进行 了三 维数值 模 拟 并 分析 了其 内部 流 动特 征 。 对 数值模 拟 结果显 示 ， 离心式 通风机 内部 流场存 在 着 明显 的不 对称 性 ， 个 叶轮 流道 的压 力 和速 各 度 分布 并 不相 同。最后 利用 五孔探针 流场 测试 系统 试验 台 ， 用 ＭＧ 使 Ｓ通 风机 实验数 据 采 集 系 统和数 据处 理 系统 实验验 证模 拟流 场 的准确性 ， 并通 过 改 变风 机 的 出 口尺 寸 ， 整体 风 机 的性 对 能分析 ， 离心式通 风机 的优化 设计提 供 了依 据 。 为 关键 词 ： 离心 式通风机 ；Ｌ Ｅ Ｔ 数值 模拟 ； 限体 积法 ； 型 ＦＵ Ｎ ； 有 模 中图分 类号 ：Ｈ ３ 文献标 志码 ： 文 章编 号 ：０ ９— ２ ０（０ １ ０ ０ ２ ０ Ｔ ４２ Ｂ １ ０ ３ ３ ２ １ ） ６— ０ ６— ５
离心风机整机三维数值仿真方法及分析
万方数据万方数据万方数据围３蜗壳进口静压沿周向分布比较小，这是由于气流在叶轮出口之后在蜗壳内部积聚，然后再增速从出口排出，这说明蜗壳的存在对Ｄｔ。
轮流场的影响非常显著。
图４各叶轮通道出口处的的流量分布圈５叶轮中心回转面蜗壳相对总压分布图６是蜗壳周向截面上的相对马赫数分布图，图７是ｓ１截面（见图２）ｔ：的速度矢量分布图。
从图中可以看Ｈ｛，靠近蜗壳出口处与蜗壳其余区域相比有大范嗣的低速区，图７即是该区域的轴向截面图的速度矢量分布图，从图中明显可以看出在蜗壳通道中部以及靠近蜗壳外壁区域有明显二次流·－－——３３８－－－——及其形成的漩涡，造成该区域流场严重堵塞，也使蜗壳内部流场变得极不均匀。
因此出Ｌ］气流的不均匀分布以及蜗壳流道的不对称性产生的二次流及其漩涡是造成蜗壳内部流场不对称性的主要因素。
图６蜗壳周向截面上的相对Ｍａ分布图７Ｓｌ截面上的速度矢量分布５结论１）叶轮出口流动对蜗壳内的流动影响较大，而蜗壳的不对称结构对叶轮出口流动的反作用亦不能忽视。
２）受叶轮出口气流分布不均以及蜗壳流道不对称的影响，蜗壳入口气流沿周向和轴向分布都不均匀。
本次数值仿真很好地捕捉了离心风机内部许多蕈要的流动现象，这些现象表明ｒ离心风机内的流动非常复杂，属于全三维的粘性流动，准确反映了蜗壳与叶轮之问的相互作用，为风机的设计和性能优化提供了可信的理论依据。
因此，在某些简化模型下对风机内某个部件或某个流道做的数值仿真并不能准确反映蜗壳与叶轮之间的相互作用，也很难为风机的设计和性能优化提供可信的理论依据。
参考文献：［１］孙长辉，刘正先。
王斗，罗惕乾．蜗壳变型线改进离心风机性能的研究［Ｊ］．流体机械，２００７，３５（４）．（下转第３６５页）万方数据运用表达式ＳＩＭ来区分相间策略所检索到的文档，若采取不检索重复文档原则，则可得到如表４排列的输出。
例如，Ｑ，检索到了除ｄ２和ｄ。
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２１年 ５ ０２ 月
广 东 电
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劳损 坏 ，危 害风 机 的 安 全 经 济 运 行 。 关 键 词 ： 离心 风 机 ；旋 转 失 速 ；节 流 阀模 型 ；数 值 模 拟 中图 分 类 号 ：Ｔ ２ ３ ２ Ｋ ２．６ 文 献 标 志码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ —９ Ｘ（０ ２ ０ —０ ７０ ０ ７２ ０ ２ １ ）５０ ３—４
ＬＩ Ｚｈ Ｕ ｅ ，ＣＨＥＮ ｈｉ ｅ ，Ｐ Ｓ ｈ ＡＮ ｅ ｇ ｉ ｇ ，ＬＩ ｉ ｇ ａ ２ Ｆ ｎ ｐｎ ｎ ｍ ｏ Ｊ
（ ．Ｅｌ ｃ ｒｃ Ｐ ｗｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｔｔ ｔ ｆＧｕ ｎ ｄ ｎ ｗｅ ｉ ｒ ｏ ａ ｉ ｎ，Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ｅ ｔｉ ｏ ｒ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｉ ｓ ｉ ｅ ｏ ａ ｇ ｏ ｇ Ｐｏ ｒ Ｇｒｄ Ｃｏ ｐ ｒ ｔｏ ｕ ａ ｇ ｈ ｕ，Ｇｕ ｎ ｄ ｎ ０ ０，Ｃｈ ｎ ；２ ａ ｇ ｏ ｇ５ ８ １ ０ ｉａ Ｓ ａ ｄ ｎ ｃ ｅ ｒ Ｐ ｗｅ ｍ ｐ ｎ ｄ ，Ｙａ ｔ ｉ ｈ ｎ ｏ ｇ ２ ５ ６，Ｃｈ ｎ ） ｈ ｎ ｏ ｇ Ｎｕ ｌ ａ ｏ ｒ Ｃｏ ａ ｙ Ｌｔ ． ｎ ａ ，Ｓ ａ ｄ ｎ ６ １ １ ｉ ａ
电站 离 心 风机 旋转 失速 的 三维 数 值 模 拟
刘哲 ，陈世和 ，潘凤萍 ，李京茂
（ ． 东电网公 司电力科 学研 究院 ，广 东 广州 ５ ０ ８ ；２ １广 １ ０ ０ ．山东核电有限公 司，山 东 烟台 ２ ５ １ ） ６ １ ６
摘要 ：基 于标准 ｋ ￡湍流模型 ，对 电站锅 炉常用的 Ｇ４７ Ｎｏ ８ ． —３ ． Ｄ型 离心风机 的旋转 失速现 象进 行数值 模拟 。使 用用户 自定义函数（ｓｒ ｅｉｅ ｎ ｔ ｎ ＤＦ 编制程序 ，在定常计算 结果收敛 的基础 上在 风机 出口截 面引入 ｕｅ． ｆ ｄｆ ｃｉ ，Ｕ ） ｄ ｎ ｕ ｏ 节流 阀模型进行非定常计算 ，模 拟 离心风机 内的旋转 失速 流动 。计 算结 果表 明 ，随着阀 门开度 的减 小，风机逐 渐进入失速 区域 ，在靠近前盖板 附近 区域首先 出现 了逆 流 ；随 着流 量的进 一步减 小 ，逆 流从 叶轮 前盘位 置逐渐 扩散 发展 到后盘位置 ，直至充满整个流道 。进入旋转 失速状 态后 叶 片表 面压 力的脉动 最终会导致 风机 叶片的疲
Ｔｒｄｉ ｅ ｉ ｎ ｌＮｕ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｔｏ ｔ ｌ ｏ ｎｔｉｕ ａ ｉ ｍ ｎｓｏ ａ ｍ ｒｃ ｌＳｍ ｌ ｔｏ ｎ Ｒｏ ａ ｉ ｎ Ｓ ａ ｌ ｆＣｅ ｒ ｆ ｇ ｌ
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