[發明專利]考慮自然預旋時離心風機葉輪做功能力的一維計算方法

有效

• 申請號: 202010524492.X
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111680372B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 韓鳳翚;王哲;李文華
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F113/28
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發明提供一種考慮自然預旋時離心風機葉輪做功能力的一維計算方法，包括：考慮了實際離心風機中所存在的進口自然預旋對葉輪做功能力的影響，將Stodola處理離心葉輪出口氣流滑移的方法應用于葉輪進口；通過對原有一維計算方法中歐拉方程的簡化周速系數φsubgt;2u/subgt;進行修正，提出了考慮自然預旋影響時的修正周速系數φ′subgt;2u/subgt;；將修正周速系數φ′subgt;2u/subgt;與離心葉輪進出口直徑、進出口葉片安裝角、葉輪葉片數、風機轉速及流量參數進行直接關聯，推導并提出了考慮進口自然預旋時離心風機葉輪做功能力的新型一維計算方法。該新型計算方法顯著提高了離心風機一維方案設計的準確性與可靠性，減少了產品開發過程中風機試驗修正的工作量，降低了離心風機一維方案設計對研發人員設計經驗的依賴程度，并且具有數學公式簡單、物理意義明確、易于在工程設計中應用等優點。

技術領域

本發明屬于離心式風機一維氣動設計領域，具體而言，涉及一種考慮自然預旋時離心風機葉輪做功能力的一維計算方法。

背景技術

在使用效率法進行離心風機氣動設計時，首先需要按照一維設計方法進行方案設計和詳細計算。一維設計方法在國內外風機行業中都有著廣泛的應用，作為三維設計的核心基礎環節，一維設計方案的優劣對于最終三維產品的設計質量將產生至關重要的影響。其中，葉輪做功能力的計算是一維方案設計的關鍵環節，其準確性與可靠性將直接決定離心風機能否在所需流量下達到預期的設計性能。目前，一維方法在實際工程設計中還存在一定誤差。以往研究指出，采用一維方法設計離心風機時，在氣動性能方面將會產生±5％～±10％的偏差。因此，為使所設計的離心風機產品達到所需的設計性能要求，往往需要通過進一步的性能試驗對其進行修正與改進。

離心風機葉輪做功能力一維計算的基礎公式是歐拉方程，即h_th＝v_2uU₂-v_1uU₁。在不考慮進口導葉的情況下，傳統一維計算方法均假定葉輪進口不存在氣流預旋，即v_1u＝0，則歐拉方程可簡化為其中周速系數φ_2u＝v_2u/U₂。上述計算公式表明，離心葉輪做功能力的一維計算與葉輪進口參數不再相關。根據離心風機一維設計中使用最廣泛的Stodola公式(即φ_2u＝1-φ_2rcotβ_2A-πsinβ_2A/Z)可知，對于幾個出口條件相同的葉輪而言，無論其進口截面的直徑、寬度、葉片安裝角等結構參數如何變化，計算所得葉輪做功能力都將完全相同。然而，該結論與離心風機實際情況并不相符，從而可能導致一維方案設計存在較大偏差。由于實際工作介質為粘性流體，而在絕大多數離心風機中的流動均為亞音速流動，則根據流體力學理論可知，流體流動中的擾動會逆流上傳。因此，在離心風機中，葉輪旋轉運動所產生的擾動會逆流上傳至葉輪進口處影響進氣來流的流動狀況，從而產生進口氣流的自然預旋，并且為正預旋，即：在無進口導葉的情況下，仍存在v_1u＞0。此外，許多實驗研究也已經證明，即使不安裝進口導葉，離心風機葉輪進口處的v_1u也不為0，其大小與葉輪進口直徑、轉速等參數密切相關。因此，若仍采用不考慮進口預旋(v_1u＝0)的傳統一維簡化計算方法，則計算所得葉輪做功能力往往會高于其實際做功能力，從而導致所設計的離心風機在實際運行中達不到所需的做功量，必須通過性能試驗對其進行反復修正。

為了進一步提高離心風機一維方案設計的準確性與可靠性，本發明將Stodola處理葉輪出口氣流滑移的方法應用于葉輪進口，提出了一種考慮自然預旋時離心風機葉輪做功能力的一維計算方法，以盡量減少產品開發過程中性能試驗修正的工作量，降低離心風機方案設計對研發人員設計經驗的依賴程度。

發明內容