BD6型对旋轴流风机性能预测及内流分析

　　目对旋式轴流风机因其结构紧凑，压头篼、流量大且具有良好的反风性能的特点被广泛应用于矿山安全通风与隧道通风工程中，这种风机由于两转子间没有导叶而使得两级间的气动匹配与气流干涉成为内流分析优化的核心内容。本文结合BD6对旋风机的几何模型，采用CFD分析方法对该机的性能与两级间的气动匹配特点进行了分析，预测性能与实验性能进行了对比，给出了内部流动的流场分布，讨论分析设计工况下两级间匹配的内部流动结构，为该类风机的使用和优化改型提供依据。

　　2对旋风机的内流分析方法对旋风机的内流模拟近十年来一直受到流体机械内流研究领域的重视，作者曾在通过对采用混合设计方法设计的一种板式叶片的对旋轴流风机通过采用SIMPLE算法编程实现求解雷诺时均N-S方程，给出了两级叶片流道内的速度分布，为设计的叶片提供了局部的流动依据。王德军中结构参数及气动性能数据较为齐全的OB- 84>84B模型机。该风机的研制及实验工作是由前苏联中央流体动力学研究所与矿山机械和工程控制研究所共同进行的。这种通风机的特点是在设计它的工作轮叶片时考虑了沿半径的压力损失变化，该叶片的弦长值，翼型的安装角及其中线的曲率半径按照一定的规律变化，其特点是在给定压力和流量计算值的条件下得到较篼的大效率和扩压特性曲线的篼效率范围。

　　表1模型机主要设计与结构参数流量系数压力系数轮毂比外径（mm）工作转速（r/min）基元型NACA对称翼型级叶片数第二级叶片数为计算选用的对旋轴流通风机结构简图，其中1为集流器，2为扩压器，为级工作轮，为第二级工作轮。其中电机与工作轮直联，前后两级工作轮的旋转方向相反。

　　网格，其中对叶片的叶尖、叶根部位进行了局部加密，整个计算区域划分网格数量为150万左右，其中一、二级叶片区域划分的数量分别为48万和55万。

　　3.3性能预测及与试验结果的对比为详细对比CFD预测性能与实验气动性能结果，采用上述方法计算了给定转速n=2900 r/min时的8个不同流量工况，计算预测结果与⑴中给出的气动性能略图结果对比，给出了CFD预测与试验结果的对比。结果显示，在流量系数小于0.22的小流量区，实验与预测结果相差在8左右，而在流量系数大于0.22后，压力特性实验与计算预测精度符合较好，误差在2范围内，而在效率的预测时，流量系数大于0.25后效率与实验误差逐步增大。显然在小流量工况下预测计算时采用紊流模型受到了限制，而在大流量范围内能够较好地预测整机的压力特性。

　　CFD预测性能与实验性能的对比3.4设计点工况的内流特征与分析m3/s，压力为4500Pa，该工况下子午面上的流速等值线分布见。给出、二级叶轮中部及两叶轮中间无叶通道中部的径向面上的流速等值分布结果，显示为局部通道径向面上的结果，平均周向回转面上的速度云图、等值线及速度矢量图分布见。

　　子午面上流速等值线图两叶轮中间（d）两叶轮中间―，二级叶轮中部径向面及两叶中间径向面上的速度等值分布在设计工况下，子午面其流速等值线显示由于所取的截面穿过级叶轮，而该截面又穿过第二级叶片间通道，因此只能局部反映第二级通道流动流速在子午面上分布，级位置反映了在叶片周围的速度变化在子午面上分布；径向面分布显示，一、二级叶片通道中部的速度大小分布结构差异较大。级中部径向面不同位置速度的大小不同，在中部流动速度较低，而轮焚、叶顶位置上速度增加；而在第二级中部径向位置，通道上下流速分布较好，在叶片边界部位速度变化明显，而在中部流动结构显示，由于一、二级叶片所处的相对位置不同，使得局部图上显示部分区域上从叶顶到叶根速度下降，而相邻部分的速度则相反。这种分平均回转面上的速度云图、等值线（a）与速度矢量分布（b）布沿周向基本对称分布，显示两级叶轮间速度上下传送的特征。平均周向面上的流速矢量及等值线分布看出，级的进口速度分布均匀，显示具有良好的进气条件，一级叶片通道内的流动速度分布基本均匀，而在出口形成一定的尾迹，影响到两叶片间的流动速度分布，使二级进口速度分布不均，在二级通道两侧的流动速度分布具有明显的不稳特征。

　　4结论本文结合对旋式轴流风机的特点，对所选模型的结构进行了全流道的CFD模拟分析计算，给出了计算分析方法，预测计算的性能与实验得到的性能吻合，选用的模型方法对于篼效率区的预测精度相当篼，在大流量区，效率预测与实验结果误差在8.8内，验证了本文处理方法的可靠性，能够为同类风机的优化改型提供帮助。

　　对设计工况点进行了两级流道内内流结构的分析，详细给出了两级叶轮周向面、径向面以及子午面上的流速等值分布特征，给出了初步的分析。

　　结果显示，设计点上外部性能良好，但其两级叶轮间的流速分布仍存在很大差异，流速分布显示一级尾迹对二级进口影响较大。

　　利用成熟的CFD软件进行全流道对旋式轴流风机的内流分析比过去传统的数值模拟方法进行内流的分析具有计算速度篼，后处理直观清晰，能够有效地缩短研究周期，得到内流的更多有效信息，有助提篼对该形式风机内流机理的认识。