轴流风机的流动分析

利用CFX软件对叶型为NACA6508轴流风机进行三维粘性流场数值计算，针对在多种低流量工况条件下运行时的流动状态进行数值模拟，展示了不同流量下，风机在Blade-to-blade面上和子午面上的静压力场、速度矢量和流线的变化，以及回流区域从叶顶向叶根侧发展过程。之后增大叶中上的弦长，并使叶片前掠，改进后的叶片在风机低流量工况下对叶片前缘流动分离有抑制作用。

对于非设计工况运行下轴流风机内部三维粘性流场的数值模拟，国内外的学者也进行了一些试验和数值研究。刘刚[1]等通过分析不同外倾角小翼下的涡场变化，得到叶尖小翼结构可以有效抑制叶尖泄漏涡以及叶尖分离涡的发展。王思杰[2]等采用数值模拟的方法验证了等–变环量设计的前掠风机叶片相比于传统叶片有较好的性能和流动状态。范福伟[3]对不同弯掠角度的叶片进行数值模拟得到周向弯曲和弦向掠叶片对风机性能均有明显影响。李俊等[4]利用Fluent 软件，对轴流式通风机的内部三维粘性流场进行了数值模拟研究，获得了设计工况和非设计工况下风机内回流区随流量降低时的发展过程；李阳等[5]利用雷诺平均N-S 方程组以及S-A 方程湍流模型对带有前后弯叶片的叶顶回流区域进行数值模拟，发现叶顶回流区域的发展以及不同叶片对回流区域发展的影响。

本文基于CFD 软件，主要通过改变风机流量和转速，模拟多种工况下风机运行状态，得出风机的效率曲线。在Blade-to-blade 面和子午面上展示非工况条件下，风机内部三维流动的变化。前人总结风机在小流量工况下，动叶内部的流线会向下凹，本文模拟风扇的低流量工况下的流动，并分析子午面和Blade-to-blade 面上展示流动参数的变化原因，从数值模拟方面探讨轴流风机的流动特性。

之后增大叶中上的弦长，并使叶片前掠，利用CFD 软件在Blade-to-blade 面和子午面上展示改进后的叶片在风机低流量工况下对其前缘流动分离的影响。

2. 计算模型 本文根据通风机手册[6]，采取孤立翼型法，选取NACA6508 叶型、等环量设计的叶轮，设计参数如表1，设计出的轴流风机如图1 所示。

Table 1. Main design parameters of impeller 表1. 叶轮的主要设计参数 设计要求 模型参数 设计全压 940 Pa 外径 850 mm 设计流量 6 Kg/s 内径 350 mm 转速 960 r/min 轴长 230 mm 翼型 NACA6508 叶片数 7 叶顶间隙 0.5 cm Figure 1. Structure diagram of fan and impeller 图1. 风机和叶轮的结构简图