通风散热离心风机三维数值仿真与实验研究

摘 要：多翼离心风机的设计要求较高，需要同时满足流量大，噪声低，工况点位于最高效率点等要求，而在设计初期很难对其气动及声学性能进行有效控制。本文建立包括离心风机叶轮及蜗壳在内的三维全流场几何模型，完成风机的流体力学仿真计算，并对风机流量-压力性能及噪音进行了实验测试，对离心风机的优化仿真设计具有重要作用。

关键词：多翼离心通风机；非定常；仿真；实验

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.184

0 引言

通风散热离心风机的设计包括气动性能、结构强度等方面，其中气动性能最为重要[1]。对于离心风机的设计要求一般包括：流量大，工况点位于最高效率点附近，效率曲线尽量平坦，调节性能好，噪声低，抗压能力强，维护方便等[2]。

1 研究模型

离心风机设计过程中需要根据风量、压力等设计要求，首先完成离心叶轮的设计，之后通过等边基方法或者不等边基方法确定蜗壳内壁型线[3]，图1所示为某通风散热多翼离心风机的叶轮及蜗壳设计。

仿真的网格模型采用四面体网格进行划分[4]，最终生成体网格数量约300万。

2 实验研究

仿真计算的同时对离心风机的主要性能参数进行了实验测试，图2所示为不同出口背压工况下的风机流量，图3所示为风机噪音的测试数据。从图2多翼离心风机的流量-压力性能曲线可以看出，风机最大压头约120Pa，最大流量约0.25m3/s。从图3风机噪音测试曲线可以看出，该风机在350Hz时的噪音存在明显峰值。

3 仿真结果

3.1 速度场

图4所示为离心风机典型截面的速度场，从中可以发现，在蜗壳出口区域存在明显的高速区，气流的流动路径是沿离心风机轴向进入，沿径向流出风机。离心风机叶轮周围的气流流动分布趋势都是类似的，叶轮与蜗壳间隙之间的流动轨迹随蜗壳型线的变化而不同。整体看来，离心风机的气动性能较好。

3.2 气动噪声

为了进一步对离心风机的噪音测试数据进行分析，获取离心风机蜗壳及叶轮表面的气动噪声数据，如图5所示。可以看出，蜗壳蜗舌区域存在明显的高噪音区域，相对应的，与蜗舌接近叶片的气动噪音数据也高于其他叶片，说明叶轮与蜗舌之间的气流旋转运动是离心风机的主要气动噪声源。

4 小结

通过对某三维全流场通风散热离心通风机内流场的流体力学仿真计算，对风机流场、气动噪声等特性进行仿真与实验测试，可以发现：

（1）离心风机的气动性能较好。

（2）叶轮与蜗舌之间的气流旋转运动是离心风机的主要气动噪声源。

（3）风机在350Hz时的噪音存在明显峰值。

参考文献：

[1]吴玉林，陈庆光.通风机和压缩机[M].北京：清华大学出版社， 2005：1-291.

[2]Miyamoto Hiroyuki，Nakashima Yukitoshi. Effects of splitter blades on the flows and characteristics in centrifugal impeller [J].JSME International Series，1992，35（02）：238-246.

[3]王维斌.对旋式通风机全流场内压力脉动及气动噪声特性的数值研究[D].山东青岛：山东科技大學，2009.

[4]LI Yang，OUYANG Hua，DU Zhao-hui.Experimental research on aerodynamic performance and exit flow field of low pressure axial flow fan with circumferential skewed blades[J].Journal of Hydrodynamic，2007（05）：579-586.

作者简介：袁言昆（1986-），男，山东菏泽人，本科，助理工程师。