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摘要： 采用 FLUENT6.0 软件，对空调用贯流风机进行了三维数值模拟，分析了贯流风机的内流特性，计算出贯流风机的外特性曲线，并与试验结果进行了对比，验证了 CFD 分析的可行性。
关键词： 贯流风机 数值模拟
中图分类号： TH43 文献标识码：B
文章编号： 1006-8155（2007）02-0006-03
Simulation and Analysis on Cross Flow Fan Used by Air-conditioning
Abstract: The 3-D numerical simulation is carried out on cross flow fan used by air-conditioning with FLUENT6.0 software. The internal flow characteristics of cross flow fan is analyzed and the external performance curve of cross flow fan is calculated. The results are compared with the experiment data, which va li dates the feasibi li ty of CFD analysis.
Key words : Cross- flow fan Numerical simulation |
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0 引言
贯流风机具有结构简单、体积小、噪声低，产生的气流高速、平稳，且可以根据对风量要求自由选择叶轮长度等特点，因而广泛用于家用空调器上。然而由于其结构的特殊性，内部气流运动复杂，国内外至今都没有成熟的设计理论。因此，为了确保所设计的贯流风机性能稳定，通常需要进行大量的试验[1] 。
研究表明：在产品设计过程中进行CFD分析 ，设计人员不仅可以获得产品的内部流动情况，而且还可以对产品的整体性能进行预测，及时调整设计方案[2] 。
因此，笔者采用经典商用CFD软件（FLUENT6.0），对空调用贯流风机进行了三维数值模拟，分析了贯流风机的内流特性，计算出贯流风机的外特性曲线，并与试验结果进行了对比，验证了CFD分析的可行性。
1 结构
叶轮外径为 97mm ，直径比为 0.778 ，外周叶片角为 26°，内周叶片角为 90°，叶片数为35。每个叶片不但沿圆周变角分布，而且还沿周向扭曲分布，在轴向上每毫米叶片沿圆周方向的扭曲角度为0.08°/mm ，叶轮结构如图1所示。蜗壳采用家用空调器中广泛应用的一种底盘型线。 |
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2 数值模拟
针对叶轮与蜗壳的配置形式，考虑到进、出口边界条件的给定，将进、出口段进行适当延长。贯流风机的壳体配置示意图见图2。
采用GAMBIT2.0软件对计算域进行网格划分，考虑到流道形状的复杂性，全部选用非结构化网格（四面体网格）。贯流风机的网格分布如图3所示。 |
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| 采用FLUENT6.0软件进行三维数值模拟，控制方程采用雷诺平均的N-S方程，湍流模型采用标准 k-e 模型，壁面附近采用标准壁面函数，压力-速度耦合采用 SIMPLE 算法，动量方程、湍流动能、湍流耗散率均采用二阶迎风格式离散，边界条件采用压力进口和压力出口，叶轮选用旋转坐标，给定转速为840r/min。当各项残差都小于10-4 ，且风机进、出口流量误差小于10-8时，笔者认为当前工况的计算已经收敛。 |
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3 结果分析
3.1 速度分布
取轴向中心截面进行分析，图4为中心截面的流线图，图5为中心截面的速度等值线图。从图中可以清楚地看到，叶轮出气侧的内圆周边界附近存在一个偏心涡，偏心涡的存在导致贯流形成，而且它还控制着叶轮内部区域的流动。
气流主要从蜗舌上方导向边附近流入叶轮，形成主进气区，该区域气流速度大约为 0.5 倍的叶片线速度。蜗壳上方导向边附近区域，部分气流从叶轮内部流出，形成进气回流区，该区域的气流速度与叶片线速度接近。
气流主要从蜗壳下方导向边区域流出叶轮，形成主排气区，该区域的气流速度最大。在蜗舌下方导向边附近区域，由于受偏心蜗的影响，部分气流再次流入叶轮，形成排气回流区，该区域的气流平缓，速度较低。 |
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3.2 静压分布
图6为中心截面的静压等值线图。从图中看到，在叶轮内部，静压分布从上到下逐渐减小，并在偏心涡区域达到最小，为-242.6Pa，正是这种压力梯度导致气流做横贯叶轮的运动。
气流第二次经过叶栅时，叶轮对气体做功，气体相对速度增加，使得主排气区的静压有所回升。 |
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3.3 总压分布
图7为中心截面的总压等值线图。从图中看到，在偏心涡区域，由于气流被偏心涡所控制，流体粘性使旋涡不断衰减，使得动压较低。再加上该区域静压较低，因而使该区域的总压为负，最小值为-225.9Pa。
在主排气区，由于气流速度较大，使得总压回升较快，因而总压较高。 |
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3.4 性能对比
采用 FLUENT6.0对转速为840r/min ，出口静压分别为0Pa、3Pa、6Pa、9Pa 和 12Pa5 个工况进行三维数值模拟，拟合出无因次静压—流量曲线[3]，并将其与试验数据进行对比，结果如图8所示。 |
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4 结论
采用 FLUENT6.0 对空调用贯流风机进行模拟，可获得风机的内流特性，并可准确预测风机的外流特性，这样便于对贯流风机进行优化设计，同时也有利于缩短产品的研发周期，降低产品的开发成本。 |
