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幾何模型建立與網(wǎng)格劃分
計(jì)算模型采用掘進(jìn)工作面4-72-5.6a 防爆防腐蝕的離心式通風(fēng)機(jī)，其主要參數(shù)：電機(jī)功率22 kw，轉(zhuǎn)速2 930 r/min，威海風(fēng)機(jī)，流量10 122~25 736 m3/h，全壓4 152~2 330 pa。其主要由進(jìn)風(fēng)口、集流器、葉輪和蝸殼組成。
風(fēng)機(jī)集流器中添加了米字形結(jié)構(gòu)與環(huán)形擋環(huán)。風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且葉片外形不規(guī)則，因此生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格比較困難，相反非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格適應(yīng)能力強(qiáng)，在處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)有利于網(wǎng)格的自適應(yīng)。
因此風(fēng)機(jī)采用四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。使用ansys 軟件中的cfd 軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，加米字形集流器模型網(wǎng)格數(shù)1 072 503，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)184 910；普通圓弧形模型網(wǎng)格數(shù)1 296 832，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)223 847。以離心風(fēng)機(jī)在掘進(jìn)工作面環(huán)境下的運(yùn)行工況為依據(jù)，進(jìn)行風(fēng)機(jī)參數(shù)設(shè)置：流量取22 806.54 m3/h，流速取6.335 15 m/s， 流量取7.491 3 kg/s。把pro/e 建立的幾何模型導(dǎo)入fluent 中并對(duì)幾何模型的邊界條件計(jì)算參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。其中入口類型采用速度進(jìn)口，出口設(shè)為壓力邊界條件，本計(jì)算采用的樣機(jī)是礦用式離心風(fēng)機(jī)， 出口靜壓可以近似為0，蝸殼內(nèi)壁及葉輪壁面粗糙度均取0.5，集流器、葉輪、蝸殼等各流體區(qū)域結(jié)合處的公共面采用interface邊界類型面， 將葉片的壓力面和吸力面以及葉輪前盤、后盤和轉(zhuǎn)軸的內(nèi)外表面一起定義為旋轉(zhuǎn)壁面。環(huán)境壓力為101 325 pa，取粉塵流體密度ρ=1.225 kg/m3。計(jì)算時(shí)采用- 壓力速度耦合方法進(jìn)行。
本文以風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)4 種組合方式的消聲蝸殼進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)量，研究了每一種組合的降噪效果及對(duì)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的影響。試驗(yàn)在符合iso3745 標(biāo)準(zhǔn)的半消聲室中進(jìn)行，其四周墻壁及屋頂均裝有消聲尖劈，消聲室截止頻率100 hz，本底噪聲為26 db( a) 。試驗(yàn)裝置和測(cè)試系統(tǒng)按照gb/t1236－2000<工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)>和gb/t2888－91<風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)量方法>的要求設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試。風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口端連接符合gb/t 1236 規(guī)定的風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)進(jìn)氣試驗(yàn)裝置。使用智能壓力風(fēng)速風(fēng)量?jī)x測(cè)出pl3 位置的靜壓和pl5 處的流量壓差，然后再根據(jù)其他測(cè)量的數(shù)據(jù)算出風(fēng)機(jī)全壓和靜壓試驗(yàn)裝置。
試驗(yàn)采用進(jìn)口堵片方式調(diào)節(jié)流量，從大流量至小流量共選取8 個(gè)工況點(diǎn)，6-41風(fēng)機(jī)，分別測(cè)試每個(gè)工況點(diǎn)的風(fēng)機(jī)流量、壓力、功耗和噪聲。后計(jì)算風(fēng)機(jī)標(biāo)況-量、全壓、全壓效率、總a 聲級(jí)。本試驗(yàn)風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，在風(fēng)機(jī)蝸板和前后蓋板上可分別固定穿孔鋼板，穿孔板與蝸殼本體之間形成10 mm 的空腔，空腔內(nèi)填充超細(xì)玻璃棉，形成消聲蝸殼。以此形成4 種消聲蝸殼組合: a 組合，周向蝸板有消聲層;b 組合，蝸殼后蓋板有消聲層; c 組合，周向蝸板和后蓋板有消聲層; d 組合，周向蝸板和前蓋板有消聲層。選用的穿孔板采用板厚1 mm，孔徑6 mm，穿孔率約為22%。各種加裝吸聲結(jié)構(gòu)組合，風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)部的通流結(jié)構(gòu)尺寸和原風(fēng)機(jī)一致。
將風(fēng)機(jī)模型導(dǎo)入icem 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分過(guò)程中對(duì)離心風(fēng)-鍵部位要進(jìn)行加密處理，8-0-機(jī)，如葉輪、集流器、蝸舌、進(jìn)氣箱的轉(zhuǎn)角處等。對(duì)風(fēng)機(jī)的進(jìn)口與出口適當(dāng)延長(zhǎng)，以-計(jì)算的穩(wěn)定性�？紤]到離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜且不規(guī)則性，本文采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，其中無(wú)進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量約370萬(wàn)，網(wǎng)格為0.3以上；帶進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量為380萬(wàn)，網(wǎng)格為0.3以上。
風(fēng)機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)k-?模型，壁面函數(shù)為scalable，數(shù)值計(jì)算方法為-求解格式，求解格式為一階格式。由于通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，馬赫數(shù)小，可認(rèn)為氣流為不可壓縮定常流動(dòng)。進(jìn)口給定流量，出口給定靜壓，壁面條件為無(wú)滑移邊界，6-51風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為1 480r/min，并將流動(dòng)區(qū)域分為靜止域與旋轉(zhuǎn)域，兩者通過(guò)interface連接，連接模型為普通連接，坐標(biāo)變換為轉(zhuǎn)子算法，網(wǎng)格連接方式為ggi。本文所研究的某離心風(fēng)機(jī)葉輪有均布的16 個(gè)前向的大小葉片，其內(nèi)部流場(chǎng)較為復(fù)雜，為了揭示風(fēng)機(jī)內(nèi)的流場(chǎng)特性，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行全三維數(shù)值模擬。先單獨(dú)分析了進(jìn)氣箱內(nèi)部流場(chǎng)特性，然后對(duì)進(jìn)氣箱與風(fēng)機(jī)進(jìn)行一體化分析，研究進(jìn)氣箱對(duì)離心風(fēng)機(jī)性能的影響。
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