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改善通風(fēng)機內(nèi)葉輪流動的方法

　　改善離心通風(fēng)機內(nèi)葉輪流動的方法

　　葉輪是離心風(fēng)機的心臟，離心風(fēng)機葉輪的內(nèi)部流動 是一個 非常復(fù)雜的 逆壓過程 ， 葉輪的高速旋轉(zhuǎn)和葉道復(fù)雜幾何形狀都使其內(nèi)部流動變成了非常復(fù)雜的三維湍流流動 。由于壓差，葉片通道內(nèi)一般會存在葉片壓力面向吸力面的二次流動，同時由于氣流 90 °轉(zhuǎn)彎，導(dǎo)致輪盤壓力大于輪蓋壓力也形成了二次流，這一般會導(dǎo)致葉輪的輪蓋和葉片吸力面區(qū)域出現(xiàn)低速區(qū)甚至分離，形成射流—尾跡結(jié)構(gòu)。由于射流—尾跡結(jié)構(gòu)的存在，導(dǎo)致離心風(fēng)機效率下降，噪聲增大。為了改善離心葉輪內(nèi)部的流動狀況，提高葉輪效率，一個重要的研究方向就是采用邊界層控制方式提高離心葉輪性能，這也是近年的熱點研究方向。

　　2007 年，劉小民等人采用邊界層主動控制技術(shù)在壓縮機進氣段選擇性布置渦流發(fā)生器，從而改變?nèi)~輪進口處流場 , 通過數(shù)值計算對不同配置參數(shù)下離心壓縮機性能進行對比分析。該文章對渦流發(fā)生器應(yīng)用于離心葉輪內(nèi)流動控制的效果進行了初步的驗證和研究 , 通過數(shù)值分析表明這種方法確實可以改善葉輪內(nèi)部流動 , 達到提高葉輪性能的效果。但是該主動控制技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要外加控制設(shè)備和能量，對要求經(jīng)濟耐用的離心通風(fēng)機產(chǎn)品不具有競爭力。

　　采用邊界層控制方式提高離心葉輪性能的另外一種方法就是 采用自適應(yīng)邊界層控制技術(shù)。1999 年，黃東濤等人提出了離心通風(fēng)機葉輪設(shè)計中采用長短葉片開縫方法，該方法 采用的串列葉柵技術(shù)， 綜合了長短葉片和邊界層吹氣兩種技術(shù)的優(yōu)點 ，利用邊界層吹氣技術(shù)抑制邊界層的增長，提高效率，而且試驗結(jié)果表明，該方法可以有效的提高設(shè)計和大流量下的風(fēng)機效率，但對小流量效果不明顯。文獻用此思想解決了離心葉輪內(nèi)部積灰的問題。雖然串列葉柵技術(shù)在離心壓縮機葉輪內(nèi)沒有獲得效率提高的效果，但從文獻內(nèi)容看，估計是由于該文作者主要研究的是串聯(lián)葉片的相位效應(yīng)，而沒有研究串聯(lián)葉片的徑向位置的變化影響導(dǎo)致的。

　　理論和試驗都表明，離心葉輪的射流尾跡結(jié)構(gòu)隨著流量減小更加強烈，而且小流量時，尾跡處于吸力面，設(shè)計流量時，尾跡處于吸力面和輪蓋交界處。為了提高設(shè)計和小流量離心通風(fēng)機效率， 2008 年，田華等人提出了葉片開縫技術(shù)，該技術(shù)提出在 葉輪輪蓋與葉片之間 葉片尾部處開縫， 引用葉片壓力面?zhèn)鹊母邏簹怏w吹除吸力面?zhèn)鹊牡退傥槽E區(qū)， 直接給葉輪內(nèi)的低速流體提供能量。在設(shè)計流量和小流量情況下，葉輪開縫后葉片表面分離區(qū)域減小，整個流道速度和葉輪內(nèi)部相對速度分布更加均勻，且速度明顯減小的結(jié)果。這種方法改善了葉輪內(nèi)部流場的流動狀況，達到了提高離心葉輪性能和整機性能的效果，而且所形成的射流可以吹除葉片吸力面的積灰，有利于葉輪在氣固兩相流中工作。

　　2008 年，李景銀等人提出在 離心風(fēng)機輪蓋上靠近葉片吸力面處開孔的方法，利用蝸殼內(nèi)的高壓氣體產(chǎn)生射流，從而直接給葉輪內(nèi)的低速或分離流體提供能量，以減弱由葉輪內(nèi)二次流所導(dǎo)致的射流 - 尾跡結(jié)構(gòu)，并可用于消除或解決部分負荷時 , 常發(fā)生的離心葉輪的積灰問題。通過對離心風(fēng)機整機的數(shù)值試驗，發(fā)現(xiàn) 輪蓋開孔后，在設(shè)計點附近的風(fēng)機壓力提高了約 2 ％，效率提高了 1 ％以上，小流量時壓力提高了 1.5 ％，效率提高了 2.1 ％。在設(shè)計流量和小流量時，由于輪蓋開孔形成的射流，可以明顯改善葉輪出口的分離流動，減小低速區(qū)域，降低葉輪出口處的最高速度和速度梯度，從而減弱了離心葉輪出口處的射流—尾跡結(jié)構(gòu)。此外，沿葉片表面流動分離區(qū)域減小，壓力增加更有規(guī)律。輪蓋開孔方法可以提高設(shè)計流量和小流量下的閉式離心葉輪性能和整機性能，如果結(jié)合離心葉輪串列葉柵自適應(yīng)邊界層控制技術(shù)，有可能全面提高離心葉輪性能。