服务项目：除尘抽风机、锅炉引风机、矿用风机、粮食风机；钛风机、氯气输送风机、煤气鼓引风机   现有风机中有很多性能优良，但由于用户要求的多样性，已有产品中往往选不到合适的风机和模化设计对象。重新设计新产品则需要气动计算、模型试验、工艺设计，模具制造等一系列复杂过程，成本高、周期长。这时可采用变型设计，即仅改变原有风机个别几何参数来满足设计要求。变型设计有试验数据和实际产品为依据，设计计算可靠，不必进行模型试验；还可利用现有图纸资料、模具工装，降低了成本，缩短了设计制造周期。 变型设计原理   当选型设计和模化设计都不能满足设计要求时，选用比转速相差不多，性能较好的离心风机进行变型设计。在变型量控制在一定范围内时，可以认为变型设计点的效率近似不变。变型设计方法主要有：①变叶轮宽度；②变叶片数；③变叶轮外径及出口安装角或叶片型线；④变叶片进口安装角。 一、变叶轮宽度   变叶轮宽度的变型设计方法， 满足用户提出的压力要求，而不满足流量要求。按设计要求的技术能数，计算出比转速后，选择与计算比转速接近，效率较高的风机，从其无因次性能曲线上找出变型工况点得到流量系数，按设计全压要求求得所需风机叶轮直径。依此为依据得到变型设计的模型风机。 作两点假设：①不考虑由于宽度变形而引起的轴向涡流变化；②不考虑由于宽度变化引起的附面层变化。 在此基础上，按下面两种情况进行变宽度计算：①满足进口速度三角形相似；②满足出口速度三角形相似。 宽度改变以后，全压可能会有所变化，因此要计算全压是否在设计压力允许波动范围。 二、变叶片数     变叶片数方法适用于风量满足用户要求，而风压不满足要求的情况，按满足风量要求，求得所需模型风机，并得到对应各几何参数（按比例常数求得）。变叶片数后，主要考虑滑移系数Ｋ发生变化，滑移系数Ｋ可按模型风机的实验结果和滑移系数的计算公式进行修正计算。 三、变叶轮出口参数或叶片型线   这一方法适用于模型满足全压或流量其中一个要求，而另一要求与模型风机参数相差不多的情况。通过改变叶轮出口几何参数或叶片型线来满足设计要求。有三种情况：①变叶轮外径叶片出口安装角&bea;，不变叶片型线；②变叶轮外径，叶片型线，不变叶片出口安装角&bea;；③变叶片出口安装角&bea;，叶片型线，不变叶轮外径。 １、先满足流量或全压要求得出模化风机； ２、滑移系数的修正计算仍使用变叶片数时的计算方法； ３、对计算结果进行验算。 四、变叶片进口参数   叶片进口参数同时影响着通风机的流量与全压，因此，不能先满足其中一个要求，经修正后满足另一要求，也就是说，不能先确定模型风机，只能是同时确定模型风机及变形后的叶片进口参数。  

摘要：本文首先对某高效离心风机进行全三维整机数值模拟，得到其性能曲线并与实验结果进行对比分析。通过使用不同形式的进口集流 器和采用长度不同的整流板等改变风机部件参数来研究风机性能的变化，结果表明锥形进口集流器制造简单同时有效提高了风机的效率，合理的整流板长度可以改善风机内部流动状态并提高风机效率。 0引言 离心风机是国民经济各部门中应用量大、使用面广的通用机械，是工业生产中主要的耗能设备，因此研究和改进离心风机，提高其工作效率对节约能源有着非常重要的意义。离心风机主要包括进口集流器、叶轮和蜗壳三大部件，其几何结构和内部流体的流动状态直接影 响离心风机的能源利用率和工作效率[1]。 王昊[2]等通过对一台离心风机更换叶轮翼型和改变叶片的安装角，采用数值模拟的方法分析了风机的性能和流场。张顾钟[3]采用多目标法对某离心风机进行优化，通过改变叶片出口角、叶片数和转速等参数，得到风机整机性能的提高。阳诚武[4]等通过对9-26型离心风 机的模型进行数值模拟，研究了短叶片长度、短叶片周向位置、短叶片的安装角度及长短叶片数对风机性能的影响。李新宏[5]等对9-19No.1离心风机进行了三维全粘性的整机数值模拟，得到风机的压力场和速度场分布。本文对某高效离心风机进行全三维整机数值模拟并与实验测试进行对比，在此基础上改变其进口集流器与整流板等风机部件的参数，分析其对风机性能的影响及风机内部流动状况，为设计高效离心风机提供了参考。 1风机整机模拟与实验对比本文的试验研究对象是一台高效离心通风机，数值模拟采用Fluen软件，计算区域主要分为三个部分：进口集流器、蜗壳和叶轮。该风机主要结构和设计参数如下：叶片进、出口直径为460mm、1000mm；叶轮出口直径为1010mm；长、短叶片各12个；叶片进、出口安装角为29.03°、75°；叶轮进、出口宽度为105mm、46mm；蜗壳宽度为270mm；风机转速 为1450pm。 由于计算模型尺寸比较大，网格数目比较多，同时模型外形不是很复杂，本文采用结构化六面体网格，在保证计算精度的前提下大大节约了计算周期。考虑到流体在通风机内的流动特性，对近壁面采用了网格节点不等距处理，对于ineface、蜗舌、叶轮均采用了网格节点加密处理，其中进口集流器网格数为715806，叶轮网格数为758632，蜗壳网格数为714687。对计算模型的网格数均进行了网格无关性验证，当网格数再增加时计算的全压和效率变化均在0.5%以内。 该通风机内部流动马赫数比较低，可以认为是三维粘性不可压缩流动，湍流模型选择κ-ε模型，压力速度耦合方法采取SIMPLE算法，松弛因子采用Fluen默认值。进口采用速度进口，出口为压力出口条件，壁面为无滑移边界。 图2为风机性能曲线的数值模拟结果与实验值的对比，其中风机全压的实验结果与数值模拟最大相差3.2%，在设计流量附近模拟值略高于实验值，风机的静压、功率的实验结果分别与数值模拟结果相差了2.3%、3%，模拟值与实验结果的曲线趋势基本一致，风机的效率的误差则在3.9%以内，在设计流量时模拟值与实验结果基本相同。所有性能参数的误差均在5%以内，说明了本文的计算模型和计算方法的正确性。 2进口集流器对风机性能的影响 为了使气流能够更加均匀进入叶轮，一般通风机都会有进口集流器。进口集流器应该尽量使气流充满叶轮进口截面，使流动状况尽量接近叶轮进口的气流状况，避免产生涡流等流动损失。本文使用了三种型式的进口集流器：圆筒形进口集流器、锥形进口集流器和弧形进口集流器，如图3所示。三种进口集流器轴向长度相同，出口面积都与叶轮进口面积相同，其中锥形进口集流器与弧形进口集流器进出口面积保持一致。   在进行模型的网格划分的时候，分别对三种型式的进口集流器对应处网格进行了尺寸的统一，例如进口处第一层网格与叶轮进口截面匹配的ineface截面网格尺寸均相同，对于其它壁面处的网格尽量做到尺寸接近。圆筒形进口集流器，锥形进口集流器和弧形进口集流器的网格数分别是61447、715806和70866，蜗壳和叶轮部分均相同。 图4是采用三种进口集流器的性能曲线对比，可以看出三种进口集流器风机模型均满足设计要求。由图4（a）可以看出在小流量情况下，三种模型的全压相差不大；随着流量的增加，特别是超过设计流量后，采用弧形进口集流器的风机全压最高，其次是采用锥形进口 集流器的风机，圆筒形进口集流器风机最低。在设计工况下弧形进口集流器的全压分别比锥形和圆筒形进口集流器全压高1.3%和0.8%，在大流量下弧形进口集流器的全压分别比锥形和圆筒形进口集流器全压高6.1%和10.2%。由图4（b）可以看出效率与全压的趋势保持一致，小流量状况下三种模型效率基本相同，随着流量的增加弧型的效率高于锥形，锥形的效率高于圆筒，在设计工况下弧型进口集流器的效率分别比锥形和圆筒形进口集流器效率高0.6%和1.3%，大流量时弧型进口集流器的效率分别比锥形和圆筒形进口集流器效率高5.7%和8.6%。 图5、图6和图7分别显示了不同流量下叶轮进口截面的绝对速度云图，可以看出采用圆筒形进口集流器的风机，在该截面上壁面速度和中心速度都比较大，速度延半径方向有先增大后减小的过程，而采用锥形进口集流器和弧形进口集流器的风机则都是中心速度小，壁 面速度大，速度延半径方向是逐渐增大的过程，弧形和锥形的速度分布基本一致，弧形的在大流量的情况下速度分布更加均匀。可以看出不管采用哪种进口集流器，叶轮进口速度分布都不可能是完全对称的，下游设备的不对称性会影响上游设备，在设计工况下三种模型的进 口速度分布最均匀，气体进入叶轮内流动状况最好，因此效率最高。 图8是设计工况下三种模型同一位置子午截面总压图，可以看出由于叶轮对气体做功，沿着流动方向气体的总压在不断地增加，同一半径下轮盖侧的压力均低于轮盘侧的压力，尤其是在进口处，轮盖侧的压力明显低于轮盘侧的压力，采用圆筒形进口集流器风机在轮盖侧 进口转弯区域明显会有一个较大的低压区域，采用锥形进口集流器风机在进口处的压力梯度则要缓和一些，采用弧形进口集流器风机在进口处压力梯度最小，因此弧形进口集流器最能符合气流由轴向变为径向进入叶轮的气体流动状况，在进口盖侧产生的流动损失最小。