离心通风机叶片加长前后的数值研究.doc

离心通风机叶片加长前后的数值研究
王松岭贾亚奎骞宏伟刘阳/华北电力大学能源与动力工程学院

摘要：以G4-73№8D型离心通风机为研究对象，使用Fluent数值模拟软件分别对叶片加长前、后进行了三维定常数值模拟。结果表明：离心式通风机叶片加长后，内部流场变化明显，风机全压提高迅速，提高风机出力作用明显。通过对风机叶片两次加长进行数值模拟，推导出叶片加长后风机性能参数的变化规律，对风机的改造具有一定的指导意义。
关键词：离心式通风机；叶片加长；切割定律；数值模拟
中图分类号：TH432文献标识码：B
文章编号：1006-8155（2008）06-0017-04
TheNumericalSimulationonCentrifugalFanbeforeandaftertheBladeLengthened
Abstract:Inthispaper,numericalsimulationsoftwareFluenthasbeenusedinthestudyforbladeextensionofG4-73No8Dcentrifugalfantoobtain3-Dinternalflowfield.Theresultsshowthattheinternalflowfieldofcentrifugalfanhasobviouslyimprovedafterthebladeextensionandtotalpressuredifferenceoffanincreasesquicklyaswellasthefanoutput.Thechanginglawoffanperformanceparametersisdeducedafterbladelengthenedthroughthenumericalsimulationonbladelengthenedtwotimes,whichcanbetheguidanceforreformingfan.
Keywords:centrifugalfan;lengthenedblade;cutlaw;numericalsimulation

0引言
在火力发电厂中，通风机是烟风系统的动力源，其运行状况直接关系到电厂的安全经济运行。离心式风机在我国电厂中占有较大比例，其中G4-73型系列离心式风机广泛用于200MW和300MW火力发电机组的锅炉送、引风机，因此，研究和改进G4-73型离心式风机具有广泛的现实意义和工程应用价值[1]。电站锅炉设备经过长期连续运行，送、引风机的系统阻力增大，工作条件恶化，使锅炉的排烟损失和不完全燃烧损失加大。彻底解决多年运行后预热器漏风及阻力大的问题绝非易事，适当提高风机出力是恢复机组满负荷运行的最有效方法。提高风机出力的方法多种多样，如提高风速，更换较大直径的叶轮等，对于现役机组提高风机出力最简单有效的措施就是加长风机叶片[2]。
目前对离心通风机研究方法主要有两种：试验研究和CFD数值模拟。试验测量不仅设备昂贵，运行费用高，且使用场合容易受到限制。数值模拟简单易行，成本和运行费用低，且有一定的准确性，其优势明显。用数值模拟来揭示风机内部的流动情况，在特定条件下分析流动图像和变化趋势，从而达到优化设计，减少风机内部能耗和噪声，并提高风机性能和效率的目的[3]。利用CFD进行模拟已经是当前了解风机内部流场的重要手段。

1计算模型的建立

1.1物理模型
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收稿日期：2008-05-15保定市071003

以G4-73№8D型离心通风机为研究对象，其叶轮为后向式，叶片数为12，其结构及尺寸见图1。

图1G4-73№8D型离心式风机尺寸
应用FLUENT软件的前处理模块GAMBIT建立离心通风机的几何模型，并划分网格。由于离心通风机几何模型非常复杂，因此，采用分块网格技术和完全非结构的四面体网格，在流动梯度变化比较快的区域布置较密的网格，而梯度变化比较缓慢的区域布置稀疏网格，以减少计算量和计算成本。将风机模型分为3个流动区域，分别为蜗壳区（450056个网格），叶轮流动区（589976个网格）和集流器流动区（64256个网格）。网格总数为1104288个，见图2。

图2G4-73№8D型离心式风机网格图
由于风机模型中同时存在叶轮动网格区和蜗壳静网格区，因此在叶轮和蜗壳之间采用MRF（MultipleReferenceFrame）——多重参考系模型进行耦合，其中压力—速度离散采用SIMPIE算法，湍流动能、湍流耗散项、动量方程都采用一阶迎风差分格式。
MRF模型将风道内流场计算简化为叶轮在某一位置的瞬时流场，采用稳态方法计算非稳态问题。转子区域的网格在计算时保持静止，在惯性坐标系中以作用的哥氏力和离心力进行定常计算