旋涡风机叶片侧边型线的研究

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中图分类号： TH43；TU834.4 文献标识码： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.04.005Research on the Shape of Blade Side of Vortex BlowerTANG Zhao-fu，NIE Bo，ZHANG Jun-lin，MAN Jian-nan(East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China)Abstract： The shape of impeler blade side of vortex blower can influence velocity triangle of fluid flowing in and out of impeler. SO as to infl uence the performance of blower.The chamfer of radial side blade was studied by using methods of experiment andnumerical simulation，and It finds that chamfer on the suction side is the best situation for improving the performance of vortexblower，especialy when litle flux.Th e paper explains the roots of such phenomenon by theoretical analysis，and deduces thatforward and backward bending blades own the same properties。

Key word： vortex blower；radial blade；numerical simulation；chamf er1 前言旋涡风机具有高压比小流量、体积孝结构简单紧凑、运行可靠、寿命长等优点，已经广泛应用在化工、石油、环保、印刷、核电消氢、食品医药等领域。由于旋涡风机内流是三维非定常流动，目前还未有完善的理论模型对其进行精确地理论分析，现有 的设计方法主要是依据试验结果得出的经验公式及利用 CFD数值计算对内部流厨行可视化来研究流动机理 j。文献[3]详细介绍了国外旋涡风机的试验研究进展情况，其中叶轮结构参数对性能的影响中包括叶片数、叶轮直径比、叶片宽度、叶片角度、叶片根部圆角、叶片前端切削效果等。笔者认为流体在纵向旋涡的作用下从壳体流道进入叶轮流道时，前后两个叶片构成的流道的轴 向进 口开度将对流体进人叶轮流道产生影响，即叶片收稿 日期： 2012-12-06侧边的形状将影响流体进入叶轮流道的冲角从而影响到叶轮对流体的做功。这点未见相关报道，因此本文针对径向直叶片从试验和数值模拟的角度开展这方面的研究，并利用理论分析作出对前弯和后弯叶片的推断。

2 试验部分试验按照 GB/T1236-2000《工业通风机 用标准化风道进行性能试验》中 D型进出口联合试验装置，进口集流器采用锥形进 口。试验对象是- 台叶轮外直径为 400mm，叶片数为 58的径向直叶片旋涡风机，试验电机转速为2950r/min。径向直叶片叶轮具有对称性 ，本文试验时采用的是同-套风机壳体，叶片吸力面侧边倒角叶轮翻转过来装配就是压力面侧边倒角叶轮。试验结果如图 1所示 。

2013年第4l卷第4期 流 体 机 械性地保持-致，说明模拟结果在-定程度上还是可以接受的。因此可以用该数值方法模拟其他叶片形式的风机。径向直叶片未倒角、叶片压吸两面都倒角、吸力面倒角、压力面倒角4种风机的数值计算结果如图13所示。

1×剞匿60体积流量(m /h)图 13 4种叶片的风机性能对比从图 13中可以看出，在同-工况点下风机全压从高到低依次是吸力面倒角、压吸面都倒角、压力面倒角、直叶片未倒角。这和上面理论分析预测的结果相比大体是-致的。但是理论分析得出直叶片未倒角要比压力面倒角的单个通道理论能量头大，而数值计算结果却是该两种情况的全压在小流量时很接近，大流量时压力面倒角比未倒角叶片稍高。因为流量大，侧流道气体的速度就大，湍流强度就大，造成冲击损失较多，而压力面倒角虽然从上面理论分析比未倒角能量头低，但倒角相当于进口集流器，会减少流动的冲击损失，而流量越大这种损失就越多，实际流动偏离理论流动越大，也即效率会下降，这和文献[2]试验测得旋涡风机效率随流量先增加后减小(大流量的效率减小)是-致的。故造成大流量时压力面倒角的全压比未倒角高。因此数值计算的结果基本上与理论分析结果-致，但大流量时，气体速度大，湍动度大，与无限多叶片理论假设的流动模型相差较大，此时不能完全靠速度三角形理论分析来解释大流量区的现象，但倒角的集流器作用会减少流动损失，能很好的解释了这-现象。

4 推断其他类型叶片旋涡风机还有前弯和后弯两种常见的叶轮叶片形式，不管是前弯还是后弯叶片，如果两者都是由垂直轴向的二维平面形状沿风机转轴方向拉伸- 定宽度的叶片，即只弯不扭叶片，那么它们在任- 半径的圆周截面上的速度三角形仍就和图5和6所示那样，所以用直叶片的研究结果可以推断前弯和后弯两种叶片也具有同样的性质；如果叶轮叶片是空间三维曲线型的，那么就需要看叶片侧边的具有形状了，但仍然可以利用速度三角形进行理论分析，在此不再展开。

5 结论(1)旋涡风机叶轮叶片的侧边形状影响气体进出叶轮流道的流动，叶片侧边在吸力面和压力面上倒角改变了气体进入叶轮进口速度三角形和从叶轮侧边轴向流出的那部分气流出口速度三角形；(2)本文通过对旋涡风机径向直叶片侧边倒角的试验研究得出吸力面倒角比压力面倒角更能提高旋涡风机的性能，小流量时更明显；数值计算结果与试验对比表明利用数值模拟旋涡风机的研究具有-定的可行性和指导意义。试验和数值结果都表明大流量时压力面倒角和吸力面倒角差别不大。数值计算直叶片未倒角比压力面倒角性能差，表明倒角的集流作用大大减少冲击损失；(3)通过对叶轮直叶片的分析，再结合前弯和后弯叶片的自身性质，可推断出旋涡风机前弯和后弯叶片的侧边吸力面倒角比压力面倒角性能更好。