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綜上所述，本文通過結構優(yōu)化對離心風機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響進行研究，簡要分析了各部件結構優(yōu)化對離心風機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響。主要從集流器優(yōu)化對離心風機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響、窩殼優(yōu)化對離心風機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響、電機優(yōu)化對離心風機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響，以及葉片形狀優(yōu)化對離心風機金屬葉輪穩(wěn)定運行影響四個方面進行分析，為保證金屬葉輪的穩(wěn)定運行提供技術支持。各部件結構優(yōu)化對離心風機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響

集流器優(yōu)化對離心風機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響

集流器的工作原理是通過將氣流均勻地送入葉輪進口截面，以達到提高離心風機葉輪的效率以及風機整體性能的目的。集流器的結構形式對氣流的流動損失以及金屬葉輪的平穩(wěn)運行都有很大影響，因此對集流器的結構優(yōu)化是非常重要的。在設計集流器的結構時，應確保較大程度地符合金屬葉輪附近氣流的流動情況，同時還應保證集流器內氣流的平穩(wěn)運行。集流器的類型有很多種，常用的集流器是錐弧形集流器，錐弧形集流器的氣流運行一般比較平穩(wěn)，但是集流器喉部到葉輪進口階段容易發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象，增加離心風機的損失，導致離心風機效率降低。因此，必須優(yōu)化集流器結構，通過減小集流器的錐度、增加喉部半徑的方式，提高離心風機的效率，保證金屬葉輪的平穩(wěn)運行。

為改善離心風機受氣體粘性影響導致流動分離加劇的現(xiàn)象，在傳統(tǒng)蝸殼型線設計理論的基礎上，研究氣體粘性力矩對蝸殼壁線分布的影響，并采用動量矩修正方法對其進行改型設計。另外，為真實反映風機內流場分布情況，在標準k-ε 計算模型的擴散項中加入粘性應力作用，使其高計算誤差降低至3%。對比分析改型前后風機數(shù)值模擬計算和試驗測量結果可知，采用修改的k-ε 模型進行計算發(fā)現(xiàn)改型后風機內旋渦強度減小，蝸殼出口靠近蝸舌處流動分離得到改善。試驗結果表明：改型離心風機出口靜壓提升約25Pa，較大全壓效率較原型機提升約10%。

同時，由于蝸殼張開度擴大能夠抑制流動分離，使蝸舌附近區(qū)域的旋渦強度及其影響區(qū)域減小，從而有效地降低了多翼離心風機噪聲2.5dB。多翼離心風機廣泛應用于國民經濟的各個領域，是工業(yè)生產中主要耗能設備之一，蝸殼作為離心風機中不可或缺的基本元件，其結構的不對稱性及內部流動的復雜性會對葉輪出口氣流角造成較大影響，使其沿圓周方向呈現(xiàn)出明顯的不對稱性。而在風機實際運行過程中，離心風機葉輪出口氣流與蝸殼壁面間存在強烈的非定常干涉，使得蝸殼壁面成為風機的主要噪聲源。因此提高蝸殼型線設計水平，不僅能改善風機氣動性能，還能達到降低噪聲的效果。目前國內外學者對離心風機蝸殼型線的研究，主要集中在尋找能真實反映蝸殼內流體流動狀態(tài)的設計方法。

將建立好的離心風機三維模型導入ICEM 軟件進行混合網格的劃分。其中進出口和葉輪區(qū)域采用結構化網格，而蝸殼部分由于其內部結構復雜，尤其是電動機周圍結構并非規(guī)則模型，故采用適應性較強的非結構化四面體網格，具體網格如圖3 所示。綜合考慮動靜耦合區(qū)域對數(shù)值模擬預測結果的影響，在進行網格劃分時，對邊界層進行加密處理，其較低網格質量雅克比[14]在0.3 以上。為了保證數(shù)值計算結果的準確性，避免網格誤差對其模擬結果造成影響，對離心風機進行網格無關性驗證，如表1 所示。綜合考慮計算精度和計算效率可知，當網格數(shù)為25 萬左右時預測結果較為合理，終確定整個計算域的網格數(shù)為2513558。k-ε 模型作為為普遍有效的湍流模型，能夠計算大量的各種回流和薄剪切層流動，被廣泛應用于各類風機的數(shù)值求解計算中。

由于有梯度擴散項，模型k-ε 方程為橢圓形方程，故其特性同其他橢圓形方程，需要邊界條件：離心風機出口或對稱軸處k / n0和/ n0。但上述邊界條件只針對高雷諾數(shù)而言，在固體壁面附近，流體粘性應力將取代湍流雷諾應力，并在臨近固體壁面的粘性底層占主要作用。而多翼離心風機由于結構尺寸小、相對馬赫數(shù)低，氣體黏性力在流體流動過程中起重要作用，因此，在實際運用過程中，標準k-ε 模型由于未充分考慮粘性力的影響，導致計算模型出現(xiàn)偏差。運用Visual C++將上述修正函數(shù)編寫為UDF代碼，并導入Fluent 內置Calculation module。為符合實際運行狀態(tài)，離心風機進出口邊界條件設置為壓力入口和壓力出口，出口壓降與動能成正比，從而避免在進口和出口定義一致的速度分布[15]。后以CFD 計算的定常結果作為初始條件，進行非定常數(shù)值計算。