1、離心式鼓風(fēng)機的密封間隙一般符合表1——1。
2、對于輸送含有煤焦油、灰塵等雜質(zhì)的氣體，機殼內(nèi)密封間隙應(yīng)加大到0.40~0.55mm，最大允許量為1mm。
3、對于脹圈軸封的脹圈應(yīng)能沉入槽內(nèi)，側(cè)間隙為0.05~0.08mm，其內(nèi)表面與槽底間隙有0.20~0.30mm的不變間隙。脹圈的自由開口間隙為（0.10~0.20）D，工作狀態(tài)間隙為D/（150~200）（D為脹圈處于自由狀態(tài)的外徑，mm），脹圈工作間隙超過規(guī)定值的3倍或側(cè)間隙超過規(guī)定值的2~3倍時，應(yīng)予報廢更換。
表1——1離心式鼓風(fēng)機的密封間隙

密封間隙

密封每側(cè)間隙/mm

安裝時

磨損后

滑動軸承箱內(nèi)密封

0.18~0.25

≤0.35

機殼內(nèi)密封

0.20~0.40

≤0.50

摘要 ： 利用顆粒軌道模型對通風(fēng)機內(nèi)部稀疏氣固兩相流動進行了數(shù)值模擬，重點分析了最優(yōu)工況下不同粒徑粒子軌跡分布情況。模擬得到了不同直徑的固體顆粒在風(fēng)機中的運動軌跡，積塵分布。這些結(jié)果為研究風(fēng)機磨損，延長使用壽命提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 ： 離心式通風(fēng)機；三維數(shù)值模擬；氣－固兩相流

中圖分類號： TH432 文獻標(biāo)識碼： B

文章編號： 1006-8155 （ 2007 ） 05-0009-07

3-D Numerical Simulation of the Sparseness Gas-solid Two-phase Flow Field in Centrifugal Fan

Abstract: In this paper, particle trajectory model is applied to numerically simulate the sparseness gas-solid two-phase flow field in fan. Especially, the tracks’ distribution of particles with different diameters is analyzed under the best operation. The result provides theory basis for studying the abrasion and prolonging service life of centrifugal fan.

Key words: centrifugal fan; 3-D numerical simulation; gas-solid two-phase flow

0 　引言

　　葉輪機械中的通風(fēng)機、鼓風(fēng)機等用途比較廣泛，受工作環(huán)境的影響，這些葉輪機械在運行中經(jīng)常有固體顆粒滲入。據(jù)我國風(fēng)機行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，輸送氣固兩相混合物的風(fēng)機約占我國風(fēng)機年產(chǎn)量的 40% ，所以對通風(fēng)機氣固兩相流的研究有重要的意義。

　　據(jù)調(diào)查，“磨損比較嚴重的風(fēng)機在半個月以內(nèi)就要更換葉輪，一般運行 3 個月或者半年以后，就要進行補焊，才能維持大修周期，方能使風(fēng)機在惡劣的環(huán)境下工作時能保證較高的效率和安全系數(shù)” [1] 。國外對此研究較早， A.Hamed [2] 在 1982 年采用三維氣體流場計算了汽輪機定子中的粒子運動軌跡。 M. Fathy 和 Tabakoff E [3] 在 1983 年提出了反彈模型理論，但是并沒有見到在現(xiàn)實中的應(yīng)用。國內(nèi)的費瑞乾 [4] 考察了邊界層對粒子軌跡的影響。姜曉敏等人 [5] 提出了二相三元帶粒流動的基本方程和一種用于葉輪機械的雙重流面求解模型。樊建人等人 [6] 提出了高濃度氣固兩相流中顆粒―顆粒隨機碰撞新模型。蔡兆麟等人 [7] 計算了離心通風(fēng)機葉輪內(nèi)的氣固兩相流動，對葉輪進口處氣固兩相在不同條件下的計算結(jié)果進行了比較。但是由于前人所作的工作受到當(dāng)時計算機水平的限制或者其他的原因，所做的工作大多是局限在葉輪區(qū)域或者蝸殼區(qū)域，計算結(jié)果不具備整體性，對顆粒的充分湍流發(fā)展有一定的限制。

　　為此，本文在田貴昌等研究離心通風(fēng)機內(nèi)部單相流流場、壓力場分布 [8] 的基礎(chǔ)上，采用顆粒軌道模型研究稀疏相下氣體和固體粒子在整個風(fēng)機中的運動規(guī)律，了解磨損的機理，從而為采取有效的防磨措施，減輕固體粒子對風(fēng)機的侵蝕，延長機器的正常運轉(zhuǎn)時間具有一定的理論意義。

1 　計算顆粒軌道數(shù)學(xué)模型的發(fā)展

1.1 　基本情況

　　對于兩相流而言，其流動狀況要比單相流動要復(fù)雜得多。一方面由于兩相流動中每相都有一組流動參量；另一方面由于各相的體積濃度、物理性質(zhì)和流動型態(tài)等都有很大差異，因而不同類型的流動必須用不同的方法進行處理。 離心通風(fēng)機是一種壓力系數(shù)高、流量系數(shù)大的風(fēng)機，與其它型式的風(fēng)機相比，在壓力、流量相同的條件下，可以實現(xiàn)小尺寸和低轉(zhuǎn)速的結(jié)構(gòu)，有利于節(jié)材和降耗。但在離心式葉輪機械中，受葉片曲率大，哥氏力、離心力、橫向壓力及粘性力等因素相互作用的影響，葉輪內(nèi)的流動狀況也十分復(fù)雜，故研究旋轉(zhuǎn)離心通道的紊流流動對于了解旋轉(zhuǎn)對流道內(nèi)速度分布、壁面摩擦力和紊流結(jié)構(gòu)等影響有重要的意義。在旋轉(zhuǎn)離心通道中，由于旋轉(zhuǎn)的影響，使平均流場以及紊流結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化。前人的試驗結(jié)果表明：當(dāng)旋轉(zhuǎn)使壓力面紊流脈動增強時，摩擦因數(shù)增加；當(dāng)吸力面紊流脈動減弱時，摩擦因數(shù)減少。早期對旋轉(zhuǎn)離心通道內(nèi)流動的理論分析一直以無粘流動理論及流面理論為基礎(chǔ)，這些理論顯然與實際流動有一定的偏差。近年來，人們越來越關(guān)注于直接分析三維紊流流動。隨著計算機容量的增加和各種流動解法的發(fā)展，求解以原始變量表達的 N － S 方程來對瞬態(tài)三維不可壓紊流進行數(shù)值模擬成為可能。特別是通用商業(yè)軟件的發(fā)展，為求解瞬態(tài)三維不可壓紊流這類較復(fù)雜的工程實際問題提供了基本手段。

　　兩相流中 顆粒的性質(zhì)通常會影響兩相流的流動特征，其中顆粒的幾何特性包括顆粒尺寸、粒徑分布以及顆粒形狀，幾何特性通過兩相作用直接影響流動，如顆粒表面的邊界層，尾渦的產(chǎn)生與耗散等；顆粒的物質(zhì)特性包括密度、彈性、吸附性等，其中彈性直接影響顆粒之間的相互作用。所討論的顆粒兩相流的基本性質(zhì)包括顆粒的體積、顆粒密度、兩相間的作用等性質(zhì) [9-10] 。

1.2 　顆粒軌道模型的基本方程

　　忽略顆粒相自身各變量的脈動，并且忽略流體相的密度脈動及變質(zhì)量源脈動，則可得到確定軌道模型的湍流兩相流基本方程。

出葉輪，且其速度值在葉片的出口處增大，在其非工作面粒子的撞擊次數(shù)少，故在此面產(chǎn)生的磨損也小。進入葉輪的固體顆粒除了與葉片向撞擊的部分顆粒外，其余大部分的顆粒進入葉輪，由于顆粒的質(zhì)量大于空氣的質(zhì)量，所以當(dāng)顆粒的方向由軸向轉(zhuǎn)向徑向時，發(fā)生 90 °轉(zhuǎn)向后產(chǎn)生的顆粒離心力遠遠大于氣流所產(chǎn)生的離心力，進入葉輪流道的顆粒的流線就要偏離氣流的流線。這時顆粒中由進口中心進入葉輪的顆粒有一部分就偏離了原來的氣流流線，在蝸殼的蝸舌處由于空間小，碰撞次數(shù)會更多。在葉片的前緣部分和工作面上產(chǎn)生碰撞的粒子產(chǎn)生反彈，反彈后的粒子在氣流粘滯力的作用下被挾裹著進入流道，并且反彈后顆粒的速度和能量都有所減弱。

　　流出葉輪區(qū)域的顆粒在氣體擾動下，總趨勢是以旋流流出蝸殼，較大質(zhì)量的顆粒產(chǎn)生的慣性也較大，運動方向的不宜改變性造成了粒子對蝸殼的磨損。

3.1　 固體顆粒在葉輪內(nèi)運行軌跡模擬結(jié)果

　　由本風(fēng)機的工作狀況和環(huán)境所決定，固體顆粒占的體積較小。從圖 3 中顆粒的軌跡可以看出，顆粒大部分都直接進入流道，只有少部分的顆粒在集流器的拐彎處堆積，這說明多數(shù)的粒子是隨氣體流動的，是沿接近輪周切向的方向進入葉輪的。運用跟蹤軌跡法任意跟蹤 7 個粒子的運動軌跡，從圖 4 ，圖 5 ，圖 6 對比來看，可以發(fā)現(xiàn)顆粒粒徑的不同其運動的軌跡也不同。

　　粒徑為 0.03mm 的顆粒在進入葉輪流道后，在氣體的帶動下沿流道方向被甩出，其三維運動軌跡與氣相流場十分接近，與葉片、前后盤的碰撞幾率很小，這是因為小顆粒主要受氣體對它的拖拽力作用，而受到的離心力很小，所以其運動軌跡接近于流線。粒子在葉輪出口處與葉片工作面出口端產(chǎn)生碰撞和摩擦。粒徑為 0.05mm 的顆粒在進入葉輪流道后，運動軌跡很明顯的與氣體軌跡產(chǎn)生了偏離，受到的離心力較強，大部分顆粒產(chǎn)生對葉片工作面的撞擊和摩擦，撞擊的部位多在葉片的中上部，撞擊后的粒子產(chǎn)生很微弱的反彈，其反彈速度不大，基本是貼著葉片或前后盤運動對葉片起到滑動摩擦作用。粒徑為 0.1mm 的顆粒在進入葉輪流道后，顆粒軌跡與氣體軌跡產(chǎn)生了非常明顯的偏離，受到的離心力非常強烈，幾乎所有的大徑顆粒在剛剛進入葉道流域時，就對葉片前緣產(chǎn)生了撞擊，反彈后的粒子由于慣性較大與前后盤或者葉片產(chǎn)生二次、三次的連續(xù)碰撞。其反彈速度較大，對葉片起到碰撞、沖蝕、磨損的作用。

　　由以上看出，在固體顆粒粒徑不同的狀況下，顆粒撞擊葉輪的方式不同，對葉輪產(chǎn)生的磨損方式也不同。所以應(yīng)該針對不同運行工況和工作環(huán)境下的風(fēng)機設(shè)計葉片的不同位置的耐磨性。

3.2 　固體顆粒在蝸舌處的運行軌跡模擬結(jié)果

　　圖 7 、圖 8 、圖 9 是與圖 4 、圖 5 、圖 6 分別對應(yīng)的同工況下的蝸舌處顆粒運動軌跡圖示。 粒徑為 0.03mm 的粒子在蝸舌處從葉輪區(qū)域出來后，隨氣流流動與蝸舌處的壁面基本不接觸，不產(chǎn)生碰撞。粒徑為 0.05mm 的粒子在與葉片工作面中部位置產(chǎn)生碰撞后，有可能與前后盤又產(chǎn)生碰撞，碰撞后的粒子

養(yǎng)殖廠排風(fēng)機
廠房負壓風(fēng)機
車間安裝負壓風(fēng)機

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