应用CFD数值模拟对离心通风机叶轮进行设计分析

 为了设计出高性能的通风机，传统的设计方法已满足不了需要，必须采用现代设计理论和方法。这就要求设计者必须详细掌握流体机械性能和内部流动状况，从而给流体机械内部流动理论和试验研究提出了新的课题。而大型商用CFD软件的出现给风机的数值模拟带来了极大的便利，使人们对风机内部流场有了更深入地了解。

　　在设计制造流体机械时，一般的过程为设计、样机性能试验、制造。如果采用CFD方法通过计算机进行样机性能试验，能够很好地在图纸设计阶段，预测流体机械的性能和内部流动产生的漩涡、二次流、边界层分离、尾流、叶片颤振等不良现象，力求将可能发生故障的隐患消灭在图纸设计阶段，在一定程度上取代了试验，以达到降低成本、缩短研制周期的目的。

　　本次优化设计，采用FloWorks软件对公司老产品9-26系列外径为1120mm的叶轮内部流体运动进行全三维的数值模拟，并将数值模拟计算结果与试验结果进行了对比，同时对叶轮内部流场进行了分析，为改进流体机械提供依据。

  采用 SolidWorks 软件进行几何建模和网格划分。

根据实际结构，在建模过程中进行简化，简化模型见图1。

（1）对风机整体进行轴对称模型简化。FloWorks针对旋转机械进行数值模拟有两种方式：局部旋转区域（LocalRotating Region）及整体旋转区域（Global Rotating Region），基本上两种方式的运算理论基础都是相同的。考虑到对风机叶轮进行优化设计，因此将机壳区域简化为轴对称的覆盖环面，然后采用整体旋转的计算模式。

（2）对叶轮部轮盖、轮盘、叶片及轴盘简化。在数值模拟过程中，需在叶轮各个部分进行初始条件，边界条件加载，因此为方便后续过程中加载及分析方便将轮盘及叶片进行合理建模。

（3）叶轮出口处建立压力测量环面（Measure）。

（4）为简化计算，定义进口空气为不可压稳定流，忽略叶轮内部与流体无关的空腔（ Exclude cavities without flow conditions），并且定义所有壁面为光滑绝热面 (Adiabatic smooth wall) 。

（5）整体旋转区域的数值模拟计算方式，需在模型中设定静止面，即设定模型中的定子 (Stator)。除叶轮区域外，其他流动区域均为静止的。

  网格划分时，根据流体区域的大小需采用不同类型、不同大小的网格（非结构化的三棱体和四面体网格），将整体网格解析度调至4，并且指定最小壁面厚度为2mm。为了更精确的攫取叶片的曲面几何网格，需再设定一个局部初始网格（Local Initial Mesh）针对叶片部分再调高曲率解析程度。整个计算域网格数目约1000000个。