叶片形状对离心风机性能的影响研究studyontheeffectofbladeshapeontheperformance
摘 要摘 要离心风机是一种以提供的动能为基础，提升吸入流体的压力并排出输送流体的机器。离心风机的结构简单，已经被广泛用在工业建设和日常工作的每个角落中。因此，研究离心风机的性能，提高离心风机的工作效率对我国工业的发展，提高人民的生活水平具有重大的实际意义。本文从影响离心风机性能的叶片形状出发，以实验室的离心风机为研究基础，改变了离心风机叶片的宽度，来研究叶片宽度对离心风机内部流动和噪声的作用，总结出叶片宽度对离心风机的作用规律。本文简单介绍了离心风机的基本结构，了解了离心风机简单的工作原理，对传统的离心风机性能参数进行分析总结，主要的研究内容如下（1）了解离心风机的发展历程，国际上专家学者对离心风机的探索与改进。介绍了传统的风机类型，提出了本文的研究意义和主要内容；（2）介绍了离心风机基本结构、各个主要的性能参数和基本工作原理，离心风机产生噪声的机理；（3）用UG NX8.0软件对离心风机进行三维模型的建立，介绍几种通用的网格生成技术及其优缺点，使用ANSYS生成离心风机的网格模型；（4）用FLUENT软件对不同叶片宽度的离心风机进行数值模拟，掌握了离心风机蜗壳流场内静压、全压以及速度的分布情况；（5）用ACTRAN软件对不同叶片宽度的离心风机进行数值模拟，分析了离心风机内部声压分布、离心风机的噪声频谱曲线特性；（6）将不同叶片宽度模拟出的数值结果进行比较分析，总结出叶片宽度对离心风机静压、全压、速度、声压的影响规律。关键词离心风机，叶片宽度，内部流动，数值模拟，噪声性能
Key words: centrifugal fan, blade width, internal flow, numerical simulation, noise performance 目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2离心风机的研究现状 2
1.3离心风机的分类 2
1.4 整体流程 4
1.5 本章小结 5
第二章 离心风机的设计方法及工作原理 6
2.1离心风机的构造 6
2.2离心风机的动力性能参数 6
2.3 离心风机的声学性能 9
2.3.1 离心风机的噪声 9
2.3.2 离 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
心风机噪声分类及噪声机理 9
2.3.3 离心风机噪声级换算 11
2.4本章小结 11
第三章 离心风机的三维模型建立 12
3.1 UG NX软件介绍 12
3.2 UG软件的特点 12
3.3 三维模型的建立 13
3.3.1 离心风机各个部件三维模型的绘制 13
3.3.2 离心风机模型的装配 15
3.4本章小结 17
第四章 离心风机的流场特性与噪声性能 18
4.1 ANSYS软件介绍 18
4.2 网格生成技术 18
4.2.1贴体网格生成 18
4.2.2结构网格生成技术 18
4.2.3 非结构网格生成技术 19
4.3 离心风机三维模型的网格建立 19
4.4 CFD结果分析 20
4.4.1 离心风机静压分析 21
4.4.2 离心风机全压分析 22
4.4.3 离心风机速度分析 23
4.5 蜗壳声压分布 23
4.5.1声压计算方法 23
4.5.2 声压级分布 24
4.5.3 噪声频谱特性 25
4.6 本章小结 26
第五章 叶片宽度对离心风机性能影响研究 27
5.1 离心风机静压云图对比 27
5.2 离心风机总压云图对比 28
5.3 离心风机速度云图对比 28
5.4 离心风机监测点声压对比 30
5.5 不同叶片全压与噪声曲线 32
5.6 本章小结 33
结论与展望 34
致谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1研究背景
离心风机是一种以提供的动能为基础，提升吸入流体的压力并排出输送流体的机器。它是一种依靠外部作用力的流体机械[1]。离心风机被应用于许多较封闭的工作环境进行空气流通、清洁；锅炉和工业炉窑的通风和引风；电力用风设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。
离心风机有悠久的历史。早在数千年前，我国人民就发明了风箱,一种强制送风的工具，主要用于冶铸[2]。在2000年前，中国的劳动人民就已经造出了结构简略的木制砻谷风车,用于碾磨谷物，其作用机理与当代离心通风机大致是一样的。1862年，发明家圭贝尔制造出了离心风机，这种风机的叶轮和机壳的圆形在同一点上，砖制的机壳，木制的叶轮，叶片形状为后向直，效率较低，主要用于对较为封闭的空间进行通风。十八年后，具有蜗形外壳与叶片后向弯曲的离心风机已经诞生，其结构和现在的离心风机相似，比较完善。
1892年法国研制成横流风机；六年后，爱尔兰人制造了前向叶片的西罗柯式离心风机，并流传到世界，被很多国家使用；19世纪，轴流风机已经被用在工业建造和经济建设上，但其压力和效率都比较低，很多年以后离心风机才有了比较快的发展，压力和性能与之前相比有较大的提升。
1935年，德国率先使用轴流式风机为锅炉提供足够的通风量。十三年后,丹麦设计了在工作过程中叶片可调节的轴流风机。
进入新世纪，我国经济迅速发展，行业布局优化升级，传统的农业社会向现代化工业社会转变，工业化水平不断提高，机械工业得以迅速发展，离心风机的需求与应用也不断增大。因此，提升离心风机的性能、提高离心风机的工作效率对我国工业、经济发展有现实影响。
离心风机主要有三个重要零件集流器、叶轮和蜗形机壳[3]。叶轮作为旋转做功零件，是通风机的重要组成核心，它的物理外形、大小、叶片数量和建造时的细致度对风机内流及功能的作用是最大的。探索叶片对风机的影响作用，有助于设制造出更优秀的离心风机，为国家节省资源，加快工业建设和经济发展，有这十分现实的作用。
1.2离心风机的研究现状
世界上很多研究者做了多年的测试与研究来改进提高离心风机的性能：
1、用改善离心风机叶轮构造的方法来改善风机的功能。叶轮叶片对离心风机的运转做功时至关重要的。西北农大的一位教授设计了以风机在理论流量下的能量减少值最低为计算公式，叶轮的部分工况为变化量的改进计算方法，通过MATLAB对叶轮的结构参数进行改进[4]。
2、西方一些国家的学者采用有限元法计算了运算轮盘振动特性，分别用二节点单元和梁单元来分析叶轮和叶片，获得了叶片的低阶振型，但是却无法计算得到其高阶振型[5]。美国的专家运用FLUENT对离心风机的内场运行使用了数值模拟，改进设计了一种前向叶片，提升了离心风机的运行效率，节约了资源[6]。
Key words: centrifugal fan, blade width, internal flow, numerical simulation, noise performance 目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2离心风机的研究现状 2
1.3离心风机的分类 2
1.4 整体流程 4
1.5 本章小结 5
第二章 离心风机的设计方法及工作原理 6
2.1离心风机的构造 6
2.2离心风机的动力性能参数 6
2.3 离心风机的声学性能 9
2.3.1 离心风机的噪声 9
2.3.2 离 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
心风机噪声分类及噪声机理 9
2.3.3 离心风机噪声级换算 11
2.4本章小结 11
第三章 离心风机的三维模型建立 12
3.1 UG NX软件介绍 12
3.2 UG软件的特点 12
3.3 三维模型的建立 13
3.3.1 离心风机各个部件三维模型的绘制 13
3.3.2 离心风机模型的装配 15
3.4本章小结 17
第四章 离心风机的流场特性与噪声性能 18
4.1 ANSYS软件介绍 18
4.2 网格生成技术 18
4.2.1贴体网格生成 18
4.2.2结构网格生成技术 18
4.2.3 非结构网格生成技术 19
4.3 离心风机三维模型的网格建立 19
4.4 CFD结果分析 20
4.4.1 离心风机静压分析 21
4.4.2 离心风机全压分析 22
4.4.3 离心风机速度分析 23
4.5 蜗壳声压分布 23
4.5.1声压计算方法 23
4.5.2 声压级分布 24
4.5.3 噪声频谱特性 25
4.6 本章小结 26
第五章 叶片宽度对离心风机性能影响研究 27
5.1 离心风机静压云图对比 27
5.2 离心风机总压云图对比 28
5.3 离心风机速度云图对比 28
5.4 离心风机监测点声压对比 30
5.5 不同叶片全压与噪声曲线 32
5.6 本章小结 33
结论与展望 34
致谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1研究背景
离心风机是一种以提供的动能为基础，提升吸入流体的压力并排出输送流体的机器。它是一种依靠外部作用力的流体机械[1]。离心风机被应用于许多较封闭的工作环境进行空气流通、清洁；锅炉和工业炉窑的通风和引风；电力用风设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。
离心风机有悠久的历史。早在数千年前，我国人民就发明了风箱,一种强制送风的工具，主要用于冶铸[2]。在2000年前，中国的劳动人民就已经造出了结构简略的木制砻谷风车,用于碾磨谷物，其作用机理与当代离心通风机大致是一样的。1862年，发明家圭贝尔制造出了离心风机，这种风机的叶轮和机壳的圆形在同一点上，砖制的机壳，木制的叶轮，叶片形状为后向直，效率较低，主要用于对较为封闭的空间进行通风。十八年后，具有蜗形外壳与叶片后向弯曲的离心风机已经诞生，其结构和现在的离心风机相似，比较完善。
1892年法国研制成横流风机；六年后，爱尔兰人制造了前向叶片的西罗柯式离心风机，并流传到世界，被很多国家使用；19世纪，轴流风机已经被用在工业建造和经济建设上，但其压力和效率都比较低，很多年以后离心风机才有了比较快的发展，压力和性能与之前相比有较大的提升。
1935年，德国率先使用轴流式风机为锅炉提供足够的通风量。十三年后,丹麦设计了在工作过程中叶片可调节的轴流风机。
进入新世纪，我国经济迅速发展，行业布局优化升级，传统的农业社会向现代化工业社会转变，工业化水平不断提高，机械工业得以迅速发展，离心风机的需求与应用也不断增大。因此，提升离心风机的性能、提高离心风机的工作效率对我国工业、经济发展有现实影响。
离心风机主要有三个重要零件集流器、叶轮和蜗形机壳[3]。叶轮作为旋转做功零件，是通风机的重要组成核心，它的物理外形、大小、叶片数量和建造时的细致度对风机内流及功能的作用是最大的。探索叶片对风机的影响作用，有助于设制造出更优秀的离心风机，为国家节省资源，加快工业建设和经济发展，有这十分现实的作用。
1.2离心风机的研究现状
世界上很多研究者做了多年的测试与研究来改进提高离心风机的性能：
1、用改善离心风机叶轮构造的方法来改善风机的功能。叶轮叶片对离心风机的运转做功时至关重要的。西北农大的一位教授设计了以风机在理论流量下的能量减少值最低为计算公式，叶轮的部分工况为变化量的改进计算方法，通过MATLAB对叶轮的结构参数进行改进[4]。
2、西方一些国家的学者采用有限元法计算了运算轮盘振动特性，分别用二节点单元和梁单元来分析叶轮和叶片，获得了叶片的低阶振型，但是却无法计算得到其高阶振型[5]。美国的专家运用FLUENT对离心风机的内场运行使用了数值模拟，改进设计了一种前向叶片，提升了离心风机的运行效率，节约了资源[6]。
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