鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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浙江降溫設備對旋軸流通風機氣動性能的數(shù)值預估2005最值得購買的
摘要 ： 對某商用對旋軸流通風機設計工況附近多個工況，分別采用單通道定常流和整機非定常流模型進行了氣動性能的數(shù)值預估，并和實測結果對比，探討了這兩種數(shù)值模型用于對旋軸流通風機氣動性能預估的可行性。
關鍵詞 ： 對旋軸流通風機；氣動性能；數(shù)值預估
中圖分類號 ： TH432.1 文獻標識碼 ： B
文章編號： 1006-8155 （ 2008 ） 04-0020-04
Numerical Prediction of Aerodynamic Performance for a Contra-rotating Axial-flow Fan
Abstract: The numerical prediction of aerodynamic performance for a commercial contra-rotating axial-flow fan has been carried out near the design operation using the models of single channel steady flow and whole fan unsteady flow respectively. The comparison between the results from these two models and the results from real test shows that the feasibility of these two models used in prediction of aerodynamic performance for contra-rotating axial-flow fans.
Key words: contra-rotating axial-flow fan; aerodynamic performance; numerical prediction
0 引言
對旋軸流通風機具有結構緊湊、流量大、壓頭大和效率高等優(yōu)點，廣泛用于礦井、隧道等使用空間小又要求強烈通風的場合。 由于對旋軸流通風機將兩個相對旋轉的葉輪、電機和各種支撐都裝在一個葉頂間隙很小的筒體中，不僅流場是復雜的非定常流，性能測試也很難準確，所以數(shù)值預估和性能實測數(shù)據(jù)不易吻合。 2002 年李秋實等用自編程序進行了定常和非定常的數(shù)值模擬 [1-2] ，計算只對設計工況進行，且忽略葉頂間隙的影響。定常計算預估總壓比試驗結果偏高了 1 ％，而非定常計算卻偏高 11 ％，也沒有預估效率比較。近年來有人用 FLUENT 程序對對旋風機又做了一些定常計算 [3-6] ，所得氣動性能與試驗結果吻合仍然不佳，有的根本沒有試驗對比，總的來看，都只能用于定性分析對旋風機的一些工作特點。
1 數(shù)值模擬方法
采用商用軟件 Fluent 6.3 對型號為 FBD № 5/2 × 7.5kW 的一個商用對旋軸流通風機內(nèi)部三維流場，分別采用單通道定常流和整機非定常流模型進行數(shù)值模擬，由此得到風機氣動性能。表 1 所示為該風機的主要設計參數(shù)，葉片采用等厚度薄板，其葉型由葉片上 7 個截面的不同的雙圓弧型線組合而成。網(wǎng)格由 Gambit 軟件自動生成，采用結構和非結構混合型網(wǎng)格填充計算域，計算采用 RNG k-ε 湍流模式，它比常用的標準 k-ε 模式可更好地計算分離流動，并采用標準壁函數(shù)和 SIMPLE 算法，動量方程的對流項采用二階迎風格式，迭代采用多重網(wǎng)格技術加速收斂。建模時除省略電機及輪轂支架外，完全模擬實際試驗時的風機整體結構 , 特別是兩個輪轂間的距離和葉頂間隙，它們對性能影響很大，必須嚴格確保相同。
1.1 單通道定常數(shù)值模擬
由于流動的軸對稱性，不同葉片通道內(nèi)流動幾乎相同，于是可以只計算一個葉片通道內(nèi)的流動來模擬實際試驗時的風機整機流場，其建模的計算域和網(wǎng)格如圖 1 所示。為了網(wǎng)格劃分的方便，將計算域的幾何模型劃分為 8 個子區(qū)域：前級動葉區(qū)域 R4 、后級動葉區(qū)域 R5 、進氣通道區(qū)域 R3 、出氣通道區(qū)域 R6 、進氣導流罩區(qū)域 R2 、出氣導流罩區(qū)域 R7 ，此外還在進氣導流罩前添加了長度為 5 倍葉輪直徑的一段延伸區(qū)域 R1 ，在出氣導流罩外添加了一個半徑為 5 倍葉輪直徑，長度為 10 倍葉輪直徑的柱形風室區(qū)域 R8 ，上述最后的兩個子區(qū)域的添加是為了模擬風機在進氣法氣動性能試驗時所具有的真實邊界條件。在葉頂間隙區(qū)域和葉片的前后緣附近需加密網(wǎng)格，網(wǎng)格總數(shù)約 70 萬。
表 1 風機設計工況主要設計參數(shù)
葉輪直徑 D t / mm
500
轉速 N /(r/min)
2900
流量 Q /( m3 /h)
11000
總壓 pt/ Pa
3000
輪轂比 ν
0.6
前級葉片數(shù) Z f
9
后級葉片數(shù) Z r
7
選擇控制方程為定常雷諾平均的 N-S 方程。進口管道的進口截面給定均勻質量入流條件；出口風室的末端截面給定壓力條件，將均勻的標準大氣壓力作為出口靜壓；計算通道的兩側是旋轉周期性邊界條件。所有固壁面均給定無滑移邊界條件。前后級葉輪區(qū)域（ R4 和 R5 區(qū)域）分別采用固結在其上的旋轉動坐標系，其余 6 個計算區(qū)域采用絕對靜止坐標系計算。由于前后級葉輪的轉速方向相反，而且前后兩級葉輪的葉片數(shù)不一致，因而單個葉片通道所展開的角度是不同的，故此采用混合面模型（ Mixing Plane Model ）來銜接兩級葉輪流動�；旌厦嫒≡趦杉壢~片中間位置處，其上下游，即前級葉片通道出口和后級葉片通道進口，分別給定壓力出口和壓力進口邊界條件，以便使氣流總壓在混合面兩側盡量保持連續(xù)。在混合面兩側的流體均做定常計算，混合面一側的流體域計算所得物理量，在混合面處做周向平均，然后作為邊界條件提供給混合面另一側的計算域使用。
該計算在4節(jié)點并行機上進行計算，單個節(jié)點 CPU 主頻為3.0GHz ，計算8h后收斂，這時各方程迭代誤差小于1×10-5 。
1.2 整機非定常數(shù)值模擬
圖2所示為整機非定常計算建模的計算域及網(wǎng)格，除了沒有旋轉周期性邊界條件外，其余邊界條件均與單通道定常計算模型相同。網(wǎng)格總數(shù)約 300 萬，控制方程為非定常雷諾平均的 N-S 方程。在與單通道計算相同的 4 節(jié)點并行機進行計算， 200h 后，各方程迭代誤差小于 1 × 10 -5 ，同時可見，風機進口截面處按流量加權平均的靜壓值及兩級葉片中間位置處某點的靜壓值在一定范圍內(nèi)隨時間步已呈周期性變化（圖 3 、圖 4 ），這時認為流場已經(jīng)收斂，其性能時均值即為對應的定常流值。
2 計算結果分析
根據(jù)風機氣動性能測試標準ISO 5801 ：
1997，風機的總壓定義為風機進出口截面間靜壓差與軸向動壓差之和。注意：風機出口的旋轉動壓是不計入風機總壓的。由于風機出口處為自由大氣，表壓為 0 ，所以風機總壓的計算公式為
圖5和圖6分別為以上兩種數(shù)值模擬的總壓和總壓效率預估和試驗測試值比較。圖中實心方形為試驗測試結果（實測值），空心三角形為單通道準定常計算結果，空心圓形為整機非定常計算結果。顯然，單通道定常計算預估總壓和總壓效率要比實測值稍高，整機非定常計算預估的總壓和總壓效率比實測值稍低，但相差均小，后者結果更好些。如流量為 12000m3/h 時，單通道定常計算預估的總壓及其效率分別比實測值高約4.5% 和1.7% ，整機非定常計算預估的總壓及其效率分別比實測值低2.5% 和2.4% 。說明以上兩種方法均可比較準確地預估對旋軸流通風機的氣動性能。
海爾“三超”直流雙新風壁掛式空調(diào)
價值點：超薄、超靜、超高效
上榜理由：海爾“三超”直流雙新風空調(diào)是由海爾自主研發(fā)設計的超薄、超靜、超高效空調(diào)，僅發(fā)明專利等就達11項，實現(xiàn)高效省電的同時，采用世界首創(chuàng)的自動開關結構設計，內(nèi)機厚度僅為16厘米，比普通空調(diào)減少了1/4，達到行業(yè)領先水平。不僅如此，采用世界領先的直流變頻技術，大大增強電能轉化效率，并結合中國電網(wǎng)特點，在壓縮機優(yōu)化、電控驅動、工程控制三方面首次利用世界領先的創(chuàng)新技術，省電50%以上。
三星杰能系列空調(diào)
價值點：外觀時尚豪華
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美的新高效冷靜星系列空調(diào)
價值點：強勁制冷熱
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LGP1系列空調(diào)
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上榜理由：LGP1系列空調(diào)將頂尖健康技術和超大功率結合在一起，P1系列不僅能滿足46-55的制冷制熱需求，還能夠從根本上保證室內(nèi)空氣的質量。值得一提的是，P1系列的空氣凈化工程還能夠獨立運轉，在不開啟空調(diào)制冷制熱功能的情況下，可以單獨使用P1系列的空氣凈化工程。對于平時少開窗的用戶而言，既能夠凈化室內(nèi)空氣，又能夠節(jié)省電費開支，兩全其美。
三星臻品系列空調(diào)
價值點：外觀盡顯貴族氣質
上榜理由：三星電子在中國市場率先推出的臻品系列空調(diào)首創(chuàng)性地采用了象征高貴、奢華、品位以及個性的佩斯利花紋，盡顯貴族氣質。上部和中部兩側以及中間送風口構成了臻品系列獨特的五維數(shù)控送風，根據(jù)空間和使用習慣不同，可以在廣角送風、左右送風、集中送風、凈化送風等多種模式中自由組合或切換。
志高花好月圓系列空調(diào)
價值點：外觀變化隨心所欲
上榜理由：時尚燈箱外觀，內(nèi)附各種風格的彩畫，采用手提電腦液晶屏發(fā)光原理，在背部配置冷陰極發(fā)光管，以獨特的導光板設計，使空調(diào)通電亮燈時能透過鏡面清晰地看到彩畫，而且彩畫可自行更換，隨心所欲改變風格。此外，采用高質量制冷劑，純凈安全。
海爾直流雙新風空調(diào)
價值點：空氣雙倍新鮮
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長虹“大清凈”系列生態(tài)空調(diào)
價值點：空氣品質專家
上榜理由：“大清凈”系列是長虹最新推出的“生態(tài)空調(diào)”，被譽為“空氣品質專家”，其模擬了自然生態(tài)空間的溫度、濕度、潔凈度以及氣流組織，提高了空調(diào)居室內(nèi)的空氣品質。這款空調(diào)最大特點是裝有甲醛克星過濾網(wǎng)，能有效去除空調(diào)居室內(nèi)的致癌物質甲醛，有利于人體健康。此外，長虹采用銀離子納米技術，具有抗菌、環(huán)保等優(yōu)勢，有效抑制細菌的再生與繁殖，并有效防止二次生物污染，保持空氣質量。
新科晶彩系列空調(diào)
價值點：冷暖變色一目了然
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海爾“三超”直流雙新風柜式空調(diào)
價值點：讓空調(diào)成為房間的“肺”
上榜理由：海爾三超直流雙新風空調(diào)是由海爾自主研發(fā)設計的超薄、超靜、超高效空調(diào)，也是目前全球唯一采用全熱換新風技術的空調(diào)。采用世界首創(chuàng)的自動開關結構設計，徹底解決空調(diào)界超薄與高效不能共存的難題，實現(xiàn)高效省電的同時，內(nèi)機厚度比普通柜機減少了5厘米以上，達到行業(yè)領先水平。尤其采用世界全熱雙新風技術，將空調(diào)變成房間的“肺”，在“呼出”室內(nèi)污濁空氣的同時，“吸入”室外新鮮空氣，讓房間健康“呼吸”。
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