摘要： 采用 FLUENT6.0 軟件，對(duì)空調(diào)用貫流風(fēng)機(jī)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，分析了貫流風(fēng)機(jī)的內(nèi)流特性，計(jì)算出貫流風(fēng)機(jī)的外特性曲線，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了 CFD 分析的可行性。
關(guān)鍵詞： 貫流風(fēng)機(jī) 數(shù)值模擬
中圖分類號(hào)： TH43    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)： 1006-8155（2007）02-0006-03
Simulation and Analysis on Cross Flow Fan Used by Air-conditioning
Abstract: The 3-D numerical simulation is carried out on cross flow fan used by air-conditioning with FLUENT6.0 software. The internal flow characteristics of cross flow fan is analyzed and the external performance curve of cross flow fan is calculated. The results are compared with the experiment data, which va li dates the feasibi li ty of CFD analysis.
Key words : Cross- flow fan Numerical simulation

0　  引言

　　貫流風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪聲低，產(chǎn)生的氣流高速、平穩(wěn)，且可以根據(jù)對(duì)風(fēng)量要求自由選擇葉輪長(zhǎng)度等特點(diǎn)，因而廣泛用于家用空調(diào)器上。然而由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，內(nèi)部氣流運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外至今都沒有成熟的設(shè)計(jì)理論。因此，為了確保所設(shè)計(jì)的貫流風(fēng)機(jī)性能穩(wěn)定，通常需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)^[1] 。
　　 研究表明：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行CFD分析 ，設(shè)計(jì)人員不僅可以獲得產(chǎn)品的內(nèi)部流動(dòng)情況，而且還可以對(duì)產(chǎn)品的整體性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案^[2] 。
　　 因此，筆者采用經(jīng)典商用CFD軟件（FLUENT6.0），對(duì)空調(diào)用貫流風(fēng)機(jī)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，分析了貫流風(fēng)機(jī)的內(nèi)流特性，計(jì)算出貫流風(fēng)機(jī)的外特性曲線，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了CFD分析的可行性。

1  　結(jié)構(gòu)
　　 葉輪外徑為 97mm ，直徑比為 0.778 ，外周葉片角為 26°，內(nèi)周葉片角為 90°，葉片數(shù)為35。每個(gè)葉片不但沿圓周變角分布，而且還沿周向扭曲分布，在軸向上每毫米葉片沿圓周方向的扭曲角度為0.08°/mm ，葉輪結(jié)構(gòu)如圖1所示。蝸殼采用家用空調(diào)器中廣泛應(yīng)用的一種底盤型線。

2   數(shù)值模擬

　　針對(duì)葉輪與蝸殼的配置形式，考慮到進(jìn)、出口邊界條件的給定，將進(jìn)、出口段進(jìn)行適當(dāng)延長(zhǎng)。貫流風(fēng)機(jī)的殼體配置示意圖見圖2。
　　 采用GAMBIT2.0軟件對(duì)計(jì)算域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，考慮到流道形狀的復(fù)雜性，全部選用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格（四面體網(wǎng)格）。貫流風(fēng)機(jī)的網(wǎng)格分布如圖3所示。

3 　 結(jié)果分析
3.1　  速度分布
　　 取軸向中心截面進(jìn)行分析，圖4為中心截面的流線圖，圖5為中心截面的速度等值線圖。從圖中可以清楚地看到，葉輪出氣側(cè)的內(nèi)圓周邊界附近存在一個(gè)偏心渦，偏心渦的存在導(dǎo)致貫流形成，而且它還控制著葉輪內(nèi)部區(qū)域的流動(dòng)。
　　 氣流主要從蝸舌上方導(dǎo)向邊附近流入葉輪，形成主進(jìn)氣區(qū)，該區(qū)域氣流速度大約為 0.5 倍的葉片線速度。蝸殼上方導(dǎo)向邊附近區(qū)域，部分氣流從葉輪內(nèi)部流出，形成進(jìn)氣回流區(qū)，該區(qū)域的氣流速度與葉片線速度接近。
　　 氣流主要從蝸殼下方導(dǎo)向邊區(qū)域流出葉輪，形成主排氣區(qū)，該區(qū)域的氣流速度最大。在蝸舌下方導(dǎo)向邊附近區(qū)域，由于受偏心蝸的影響，部分氣流再次流入葉輪，形成排氣回流區(qū)，該區(qū)域的氣流平緩，速度較低。

3.2   靜壓分布
　　圖6為中心截面的靜壓等值線圖。從圖中看到，在葉輪內(nèi)部，靜壓分布從上到下逐漸減小，并在偏心渦區(qū)域達(dá)到最小，為-242.6Pa，正是這種壓力梯度導(dǎo)致氣流做橫貫葉輪的運(yùn)動(dòng)。
　　氣流第二次經(jīng)過葉柵時(shí)，葉輪對(duì)氣體做功，氣體相對(duì)速度增加，使得主排氣區(qū)的靜壓有所回升。

3.3   總壓分布

　　圖7為中心截面的總壓等值線圖。從圖中看到，在偏心渦區(qū)域，由于氣流被偏心渦所控制，流體粘性使旋渦不斷衰減，使得動(dòng)壓較低。再加上該區(qū)域靜壓較低，因而使該區(qū)域的總壓為負(fù)，最小值為-225.9Pa。
　　在主排氣區(qū)，由于氣流速度較大，使得總壓回升較快，因而總壓較高。

4 　 結(jié)論

　　采用 FLUENT6.0 對(duì)空調(diào)用貫流風(fēng)機(jī)進(jìn)行模擬，可獲得風(fēng)機(jī)的內(nèi)流特性，并可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)的外流特性，這樣便于對(duì)貫流風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)也有利于縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本。