多翼离心风机设计
控制速度分布的多翼离心风机优化设计
控制速度分布的多翼离心风机优化设计王瑞;王灿星【摘要】对于多翼离心风机，叶轮叶道中的边界层分离、回流等都是影响风机气动性能的主要因素。
为抑制流动分离，本文运用控制平均速度分布规律的方法，通过编制FORTRAN程序对叶轮叶片进行优化设计，并进行了数值模拟计算分析。
结果表明：基于控制平均速度分布设计的多翼离心风机整体性能明显提高，工况点附近效率提高约4%。
通过分析叶轮流道内的速度场分布，可以看到风机叶轮叶道内靠近中间位置附近的边界层分离现象得到有效抑制。
% For multi-blade centrifugal fan, boundary layer separation and inverse flow are the main factors affecting aerodynamic performance. The method of controlled velocity is applied to restrain separation flow, and the impeller blade is optimized by programming FORTRAN and the numerical simulation calculation and analysis is also carried out as well. The results show that the performance of multi-blade centrifugal fan is improved and the efficiency near the operating point is increased about 4%based on the controlled mean velocity law design. Through analyzing the velocity distribution within the impeller flow field, the boundary layer separation phenomenon near intermediate position of impeller is effectively suppressed.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】6页(P47-52)【关键词】多翼离心风机;速度控制;边界层分离【作者】王瑞;王灿星【作者单位】浙江大学流体工程研究所;浙江大学流体工程研究所【正文语种】中文【中图分类】TH4320 引言多翼离心风机具有结构紧凑、压力系数高、流量系数大和噪声低等优点，被广泛应用于许多换气装置、电子设备和空调系统等场合。
多翼离心通风机叶片翼型的研究_罗嘉陶
翼型相比, 采用叶片后缘被叶轮外径自然 切除 而形成的 CW- 1 翼型有助于在叶轮 的气流主 要流出区获得更高的 气流速度, 其翼型表 面也 更加符合气流的流线 型设计, 在前盘区域 循环 的流量较少, 因此可以获得更大的风量和全压, 更加适合 于柜式 空调中 的多翼 离心通 风机 采
心风机的一个主要流动特征, 与多翼风机的低 用。
二、风机叶片翼型 结构
计算的两种风机的基本结构和叶片形状分 别如图 1 所示, 其中( b) 图表示风机 A 所采用的 叶片, 其中弧线由 3 段圆弧组成, 叶片翼型简称 为 CW - 1 型, 翼型的截面尺寸列于表 1; ( c) 图 表示风机 B 采用的叶片, 其中弧线和( b) 相同, 叶 片翼型为 C - 4 翼 型, 翼型 截面尺 寸参 见文 献 [ 4] 。两台风机其余部位结构参数和风机气动参 数均相同, 具体如下: 转速 425 r/ m in, 叶片数 43, 进口安 装 角 55b, 出 口安 装 角 143b, 叶 轮 外 径 340mm, 叶轮内径 280m m, 直径比 0. 82, 叶轮宽 度 116mm, 蜗壳宽度 140mm, 叶轮出口相对宽度 0. 34, 气流密度 1. 18kg / m3。两种计算风机的叶 轮均无前盘。为了保证计算结果的可比性, 两种 计算风机采用相同的计算区域划分、网格类型以 及网格分布。
CW- 1 翼型可以获得更大的风量和全压。
五、结论
现气流还未到达尾部时就 已离开叶面的现象。
风机叶片采用不同的翼型会对整机性能产
图 3 给出了自定义直线 out 沿轴向方向的出口 生很大的影响。和具有尖状 后缘形状的 C - 4
气流角 B2 的分布, 可 以看出, 在 叶轮中部及后 盘部位, 采用 C- 4 翼型的风机 B 的 B2 要比采 用 CW- 1 翼型的风机 A 的 B2 高 5b左右; 但在 前盘附近, C- 4 翼型的 B2 略低于 CW- 1 翼型 的 B2, 表明叶道中边界层分离范围稍微有所增 大。前盘附近叶道中的气流分离现象是多翼离
空调用多翼离心风机参数的优化设计
空调用多翼离心风机参数的优化设计摘要：通过对空调用多翼离心风机的结构和性能参数进行相应的优化，提高了离心风机的效率，并降低离心风机的噪音，以风机的效率和噪音为优化设计的寻优目标。
风机的全压效率及噪音是叶轮入口平均直径、叶片进口安装角、叶片出口安装角、蜗壳宽度、蜗壳出口长度、叶片数及流量等几何参数的函数。
因此，可以借助于数学优化的手段，通过有限次迭代，就可以求出当综合目标函数达到最大值时有关参数的具体数值。
关键词：多翼离心风机；优化设计；ANSYS多翼离心风机[]因其体积小、噪声低、压力系数高及流量系数大的优点，被广泛使用在抽油烟机、空调等领域。
由于风机的性能直接影响空调系统的品质，于是对空调系统中风机性能优化的要求也越来越高。
在中央空调系统中人们总希望在满足低噪声的同时，空调风机能送出更大的风量。
因此，从节约能源、降低噪音污染的角度考虑，设计出高效率低噪声的风机有十分重要的意义。
用传统设计理论设计多翼离心风机时，风机叶轮进、出口角、叶片数等一些影响风机性能的结构参数在选择时有很大的不确定性[1][2]，因此设计出的产品方案不一定是最优方案，造成工程产品常常出现风量、压力达不到性能要求的情况，为此人们对多翼离心风机的结构参数进行了一些试验优化研究。
目前，风机的数学优化方面的工作仅仅局限于一些单目标优化，如加大叶片宽度，减小蜗壳相对宽度，及减小出口安装角来提高离心风机的效率。
且优化同时所选择的设计变量也是有限的几个，这对于风机这一复杂的系统来说是远远不够的。
在本文的优化设计中，主要是通过对离心式通风机结构、性能参数的优化来降低离心风机的噪音和提高离心风机的效率。
风机的效率和噪音可表示成风机的叶轮直径、叶轮入口平均直径、叶片进口安装角、叶片出口安装角、蜗壳宽度B、蜗壳出口长度C、叶片数Z及流量Q的函数[2][3]，在离心风机优化设计中选取以上八个参数作为离心风机优化设计的设计变量。
1、空调用多翼离心风机的数学优化方法在进行优化设计时，用公式描述一个实际系统的模型即确定数学模型是整个优化设计中最具有决策性的一步，因为它关系到所要求的解是否具有物理意义且现实可行。
多翼离心风机数值计算及改进设计研究
从表 1 中可以看出，采用的 3 种 k-ε 湍流模型所 得到的结果极为接近，并且与试验结果也比较吻合， 这说明了数值计算的结果是合理的，计算方法是可靠 的，同时也说明了采用这 3 种 k-ε 模型计算风机内部 流场均是可行的。从表 1 可以看出，数值计算结果比 试验测量结果偏大，产生该误差的主要原因如下：
（ 1） 建模阶段对风机的部分区域进行了简化处 理，从而使得数值计算中的摩擦损失、轮阻损失和泄 漏损失与试验测量结果相比偏小。
（ 2） 建模时忽略的一些次要结构，会带来一定 的误差。
（ 3） 由于模型的复杂性以及计算条件的限制， 选用的网格类型是非结构网格，精度有限，从而引起 一定的误差。 1. 4 流场分析
对以上 4 个流体区域的连接面，有两种处理方 法： 一种方法是将连接面定义为内边界 （ interior） ， 此时就要在几何建模阶段使这个面相邻的两个区域 共用该面； 另一种方法是将连接面定义为交界面 （ interface） ，此时在几何建模阶段，对这个面相邻的 两个区域分别定义一个面，而这两个面的几何位置 和形状是相同的，但拥有不同的名称和标记，并可采 用不同的网格类型。采用第一种方法，在计算中不 需要进行任何处理； 若采用第二种方法，则在计算中 需要通过 Fluent 中的 Define / Grid interface 来实现这 两个面的数据交换［2］。
2 结构参数对风机性能的影响 影响多翼离心风机性能的结构参数很多，如叶片
进口安装角、叶片出口安装角、叶轮宽度比、叶轮内外 径比、叶轮外径、叶片型线、叶片数、蜗壳型线、蜗舌间 距等等。笔者只在转速、叶轮内外径、叶轮宽度不变 的情况下，对叶片进口安装角、叶片出口安装角、叶片 数、叶片型线、蜗壳型线和蜗舌间距这些影响多翼离 心风机性能的结构参数进行数值模拟计算。 2. 1 叶片进口安装角的影响
离心式风机的设计与计算
离心式风机的设计与计算离心式风机的选型设计风机的设计方法有两种，一种是用基本理论换算得出设计工况点的近似值，再用模型试验加以验证。
这种方法适合于制造厂及研究单位设计新型风机时采用。
另一种方法是根据模型试验已得出的空气动力学图和无因次特性曲线，应用相似定律进行选型计。
这种方法在现场广泛被采用。
由泵与风机相似定律可知，同型式的风机在相似工况运行，尽管风机的尺寸大小不同，比转数n s 相等。
因此，它们的空气动力学图和无因次特性曲线是相同的。
应用相似定律来设计风机时，只要从制造厂或研究单位提供的各种类型风机资料中，选出与所设计风机比转数n 。
相接近的风机， 比较它们的效率以及能否适于现场制作等因系，就可以确定所设计风机的型式和尺寸。
下面概述用相似定律进行选型设计的方法和步骤： 一、设计参数的选择与计算在风机选型设计时，首先需要确定所需的风量q vv 、风压p 及转速n 。
设计风量、风压的确定可以采用理沦计算的方法，也可以用实际测量的方法。
对于现有风机的改造通常采用实测的方法。
下面分别介绍风量、风压的实测法和计算法。
1、通过实测量确定风机的风量、风压测定风机在锅炉设计负荷时的风压、管道压力损失、风量以及过剩空气系数测试方法见有关资料，这里不再重叙。
当锅炉末达到没计负荷时，需要进行如下换算： 1）、风量的换算：ααee vvp D D q q •= m 3/h 式中： vp q 一换算后风机的设计出力 m 3/h ；v q —锅炉额定负荷下的风机风量 m 3/h ；ααe—分别为锅炉额定负荷与实际负荷下的过剩空气系数之比； DD e—分别为锅炉额定负荷与实际负荷的比。
2）、风压的换算： Kvvp P q q P P ）（= m 2/N P P —换算后的风机风压。
m 2/N 。
P 额定负荷下风机风压。
m 2/N 。
K 系数(—般取1．7～2．0)。
2、通过计算确定风量、风压： (1)燃煤量B 的计算：η）（）（2321h h D h h Q D B H PHe -+-=km/h式中： D e —锅炉的额定负荷。
多翼离心风机设计--硕士论文
在职工程硕士硕士学位论文论文题目：多翼离心风机设计作者姓名胡荣伟指导教师鲁建厦教授学科专业机械工程所在学院机械工程学院提交日期 2015年5月浙江工业大学硕士学位论文多翼离心风机设计作者姓名：胡荣伟指导教师：鲁建厦教授浙江工业大学机械工程学院2015年05月Dissertation Submitted to Zhejiang University of Technologyfor the Degree of MasterDesign Of A Multi-blade Centrifugal FanCandidate: Hu RongweiAdvisor: Professor Lu JianshaCollege of Mechanical Engineering Zhejiang University ofTechnologyMay 2015浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。
除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人承担本声明的法律责任。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于1．保密□，在______年解密后适用本授权书。
2．不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日多翼离心风机设计摘要随着现代工业的飞速发展，风机产品在各行业中得到了越来越广泛的运用，包括冶金行业的氧气顶吹炼钢、国防工业的航空风洞实验、民用的吸油烟机等。
多翼离心风机设计
三、蜗壳设计方法
• 蜗壳的任务是将离开叶轮的气体导向机壳出口，并将气 体的一部分动能转变为静压； • 为了制造方便，离心通风机的蜗壳采用矩形截面。
多翼离心风机设计
内部培训参考
主讲人：王军 教授
一、多翼式通风机特点
• 应用中有时把尺寸小、低噪声作为 设计时的主要指标。 • 多翼式离心风机的主要特点是：轮 径比大、叶片数目多，相对宽度大 ，而且都是前向叶片，压力系数较 高； • 气流在扩压部分中能量转换时损失 大；叶片短而宽，且弯曲度较大， 气流在叶道中分离严重，因此效率 比较低。 • 通风机最大圆周速度较低，因此运 行时的噪声也低。
a) 过宽叶片 b) 正常宽度叶片 过宽叶轮和正常宽度叶轮的比较
2 通常取叶片宽度 b D2 5
2.3 叶片及流道设计
• 为了制造方便，叶片一般为圆弧形； • 根据气流在叶道内速度变化的情况，叶道可分成：
a)
b)
c)
a)先减速后加速流道:δ>90°，损失大，效率低，目前少采用； b)气流速度基本不变的流道：δ≤90°，气流速度在叶道中基本不 变，相对速度保持不变。常用δ=90°； c)加速流道：流道截面积不断减小，气流不断加速，具有高效低 噪特点。
直径比
栅距
0.8
0.85 叶片数
0.9
0.95
t 0.7 Rk t 1.0 Rk
64 44
85 60
127 89
254 178
2.5 压力系数
• 便于分析，取叶片中心角 90 ， 1 2 90 其进、出口 速度三角形如图所示：
c1 c1r u1 tan 1
2 Rk ( D2 D1 ) 4
z
家用空调器离心风机系统的优化设计
家用空调器离心风机系统的优化设计前言在家用窗式、柜式空调器中，制冷（热）量、能效比、噪声一直是设计者、消费者关注的三大基本指标。
作为决定以上指标的一个关键部件—离心风机系统，如何对它进行合理优化设计，对空调器的整体性能的提高有着十分重要的意义。
在设计中，我们追求较高的制冷（热）量、能效比和较低的运转噪声。
但是噪声往往和另外两个指标形成矛盾关系，要想提高制冷（热）量和能效比，在一定程度上要提高风量，提高了风量意味着噪声要有所增加。
因此通过对离心风机系统的优化设计，在满足低噪声、大风量的前提下，提高以上指标才能成为可能。
家用空调器离心风机系统一般由多翼离心风扇、蜗壳、进风风道和出风风道组成。
在本文中，我们就多翼离心风扇、蜗壳、进出风风道以及相互之间的优化设计和匹配进行了研究，并成功地应用于我公司某一型号的家用空调器的设计中。
优化设计措施根据以往设计经验，我们首先选择高效的离心风扇，通过对离心风扇参数的优化选择，确认了一款离心风扇A作为优化设计的基本模型，其主要参数如表一所示：一、增加风扇高度和蜗壳宽度根据离心风扇的工作机理，气流在进入叶轮之前，由于负压效应和预旋效应的存在，就家用空调器而言，气流一般存在2～8m/s范围内进入速度。
由于惯性的存在，气流进入叶轮肯定会沿着叶片高度方向继续运行一段距离，才进入叶道，由叶轮做功，获得一定的动能和静压能流出风扇。
因此增加风扇的高度，可以有效加长叶片的作功长度，叶片的负载得到较为均匀的分布，减少气流在叶片和后盘中的冲击和紊流损失。
据此，我们设计了风扇B，与风扇A相比，只是风扇高度增加了22mm，其他参数完全一致。
在相同的负载和输入功率的条件下，比较了相互的作功能力，结果如表二所示：后壁与风扇前后盘之间的泄漏损失，对相互之间的安装间隙作了相应的调整。
试验表明，缩短蜗壳后壁和风扇后盘的间隙，既可以降低风机系统的内泄漏，又可以有效地降低风扇运转时的紊流噪声，如果间隙大，一方面会造成泄漏损失，同时也会使从叶轮出流的气流产生突然的扩流，形成局部的紊流区，在家用空调离心风机系统该间隙通常限定在5～15mm之间。