1．引言
DF8CJ離心風機為機車電機散熱用貫流風機。因效率較低，。需要對其進行改型，以增加效率，減少損失。
葉輪機械中流動損失主要來源于分離，分離則會產(chǎn)生旋渦，因此，旋渦是導(dǎo)致?lián)p失的主要因素。減小旋渦是改型設(shè)計的首要任務(wù)。
使用Fluent軟件對風機進行數(shù)值模擬，可以得到風機內(nèi)部較為準確的氣流流動情況，并根據(jù)氣流分離情況進行有針對性地改進。雖然在計算時，無法對軟件內(nèi)部的控制方程作出調(diào)整，且整個計算域內(nèi)只能采用一種湍流模型，不能根據(jù)實際情況靈活調(diào)整。但其計算結(jié)果的準確性仍可接受，設(shè)計時也可作為參考。
2，數(shù)值模擬及改型
DF8CJ離心風機設(shè)計流量為4.5m3/S，設(shè)計運行溫度40℃，風壓大于5500Pa。設(shè)計參數(shù)如下：
2.1數(shù)值模擬，
2.1.1計算參數(shù)及網(wǎng)格
原型風機中空氣流速較高，超過0.3倍馬赫數(shù)，因此采用可壓縮進行計算。湍流模型選用標準k一￡模型。計算時首先用．階迎風格式迭代至所有殘差降低至1e-3，然后換為二階迎風格式迭代至殘差值穩(wěn)定，且出口面平均壓力在很小的范圍內(nèi)有規(guī)律地振蕩為止。
葉輪區(qū)域的計算網(wǎng)格采用楔形網(wǎng)格，數(shù)量為33萬，占總體網(wǎng)格數(shù)的50%左右。入口及渦殼區(qū)域由于形狀比較復(fù)雜，采用適應(yīng)性很強的四面體體格。同時在靠近葉輪區(qū)域的部分和渦舌部分加密。
2.1.2實驗驗證
為驗證數(shù)值模擬的準確性，將原型機三個流量點的計算結(jié)果與臺架實驗結(jié)果進行對比，結(jié)果見下表。
從表中可以看出，計算結(jié)果與臺架實驗的結(jié)果的誤差小于5%，計算結(jié)果基本可信，可以以此為基礎(chǔ)進行改型。
2.2改型
2.2.1入口部分
離心風機的特點是軸向進氣，氣流在進氣部分經(jīng)過90。折轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛄鲃樱M入葉輪。這種折轉(zhuǎn)方式有先天不足。氣流的折轉(zhuǎn)需要靠法向壓力梯度來實現(xiàn)，如果法向壓力梯度不足，氣流就將分離。所以為了避免分離，折轉(zhuǎn)率不能太大。尤其是在氣流折轉(zhuǎn)后期，因其壓力梯度已耗盡。當氣流發(fā)生擴脹時，較收斂更容易分離。
原型機入口處的流動為擴脹流動，且由軸向向徑向的折轉(zhuǎn)發(fā)生在90。的直角尖點，氣流產(chǎn)生劇烈分離，形成很強的旋渦。在葉輪區(qū)域入口處沿圓周取四條直線（圖2），可以看到沿葉高方向，氣流的徑向速度變化很大，且在進氣端出現(xiàn)負徑向速度（圖3.a）。葉片部分區(qū)域非但沒有做工，還增加了損失。
改型減小了風機入口的直徑，修改了入口型線，減小了氣流的折轉(zhuǎn)角。
改型后，氣流分離所產(chǎn)生的旋渦減小。葉高方向氣流的徑向速度相對于原型機更加均勻，沒有出現(xiàn)負徑向速度的區(qū)域，所有的葉片區(qū)域都做功（圖3.b）。
葉片靠近后板部分，氣流的徑向速度相對于葉片中部有所減小，原因在于改型啟、，葉片進氣端氣流的徑向速度增人，使得葉片后部流量減小，導(dǎo)致徑向速度減小。
2.2.2輪轂
原型機輪轂型線的曲率半徑過小，盡管其是繞銳角折轉(zhuǎn)，但也造成氣流分離，產(chǎn)生很大的旋渦。輪轂邊緣還有一個臺肩，又造成第二次分離（圖4.a）。
改型加大了輪轂的折轉(zhuǎn)型線圓弧，取掉后臺架。同時，在輪轂頂端平頭鎖緊螺帽上加上一個流線型帽罩。改型后輪轂兩側(cè)的旋渦消失（圖4.b）。
2.2.3沖角
葉片進氣端氣流流動速度不均勻。由于存在強烈的旋渦，進氣速度很低。造成相對葉片進氣角偏低，而靠近后板處氣流速度較高，相對葉片進氣角較太。根據(jù)葉柵實驗，沖角一股以2°、-3。為宜。既能形成一定的升力，又不致于過大的分離，造成過高的損失。當氣流流量減小時，正沖角加大，使葉背發(fā)生分離。嚴重時則發(fā)生失速，不能正常工作。當進氣速度增加時，造成負沖角，使葉盆分離。當流量過大時，則負沖角過大，風機阻塞，同樣也不能正常工作。所以合適的沖角是保證風機正常、高效工作的根本。
原型機入口旋渦很強，四條直線上沿葉高方向氣流的沖角全部為較大的正沖角，尤其是進氣端（圖5．a(chǎn)）。
改型調(diào)整了葉片的安裝角，減小了氣流的止沖角。計算結(jié)果顯示，相對于原型機，氣流的沖角減小（圖5.b）。但在靠近渦舌部分（直線3），葉片后部氣流的沖角反而增大，這是渦舌影響所致。
3．改型效果
風機改型后，最高效率提高了5.95%左右，工作點的靜樂比提高了0.0065。
4．結(jié)論
1．原型風機入口處，氣流擴脹流動，折轉(zhuǎn)角過大，產(chǎn)生強烈分離。設(shè)計時應(yīng)遵循流線型設(shè)計原則，避免出現(xiàn)過大的折轉(zhuǎn)角。
2．原型風機的輪轂曲率過大，氣流產(chǎn)生分離。輪轂的型線應(yīng)與氣流的流線相近，避免由于曲率不當而產(chǎn)生旋渦。
3．氣流的沖角最好在2～3度之間，過大或過小的沖角都會對效率造成影響。
4．風機改型后，最高效率提高了5.95%左右，工作點的靜壓比提高了0.0065。
三門峽富通新能源銷售風機、軸流風機、離心風機等風機設(shè)備。
