王 巍

（晋能控股煤业集团四台矿，山西 大同 037003）

引言

提高离心通风机的效率，对于节能减排具有重要的意义。在实际的使用过程中，离心通风机安装于管道系统中，管路系统的布置，特别是进气口的管路对于离心通风机的效率具有重要的影响[1]。采用数值模拟的方式对进口弯管结构不同时的通风机性能进行分析，可以明确进口管结构对通风效率的影响，从而为离心通风机的管路布置使用提供指导，更好地提高离心通风机的效率。

1 离心通风机弯管结构分析模型的建立

在通风机的进口管路中，进口处的弯管，尤其是90°弯管结构容易导致离心通风机的进气口气流不均，造成气流的速度分布不均，能量损失较大。对不同的进口弯管的结构影响进行分析，以某型号的离心通风机标准接口作为对比，采用90°弯管的结构增加不同长度的直管，建立离心通风机的结构模型[2]。

采用Pro/E三维建模软件进行离心通风机结构的建模，叶轮作为通风机的主要结构，决定了内部流场的分布，对叶轮实体采用单流道的方式进行建模，通过旋转镜像的方式完成叶轮的建模。在叶轮的进出口部分，对其结构进行一定的延伸，从而可以依据边界层理论更加符合实际的气流状态[3]。对离心通风机的其他结构包括集流器、吸入腔、扩压器和蜗壳等进行建模，并将其进行装配，由此可以将离心通风机划分为静止区域和旋转区域。采用CFD软件对离心通风机的性能进行分析，需将模型进行网格划分。采用ANSYS有限元分析软件进行网格划分，模型网络采用结构化的网络划分，控制网格的精度[4]。对叶轮网格、蜗壳网格及集流器网格分别进行划分处理后，将三者进行合并，得到离心通风机的整体三维网格模型如图1所示。

图1 离心通风机网格模型

对离心通风机的边界条件进行设定，选用速度进口为边界条件，设定进口处的速度分布均匀，方向垂直于进口的平面；出口边界条件设定为压力出口，设定出口的静压，压力出口边界条件具有较好的收敛性，由此可以提高计算的精度并减少计算时间[5]。

2 进口弯管结构对离心通风机气流的影响分析

采用CFD对不同进口弯管结构的离心通风机性能进行分析，选取不同的弯管结构如图2所示，设定直管连通的离心通风机为标准模型，以管径D为基准，不同的进口弯管结构如图2所示，弯管段距通风机的尺寸分别为0、D、2D及4D，以风机进口端气流进入时的压力机速度为分析对象，由此对离心通风机的通风性能进行分析[6]。

图2 不同进口弯管结构

2.1 离心通风机进口端的速度分布

采用不同的进口弯管结构对离心通风机的进口端速度分布进行模拟，得到如图3所示的速度分布云图。从图3中可以看出，在标准的通风机进口下，进口端的气流速度分布较为均匀，速度分布基本呈对称分布的趋势，向着出口位置稍有偏离；在中心位置处的速度值最大，周边由于蜗壳壁具有一定的阻力作用，使得速度有一定的下降，整个速度云图呈环状分布。0距离的进口速度分布与标准进口速度分布相差不大，而随着弯管距离的增加，其他三种模型的速度分布都呈现外侧速度大于内侧速度的趋势，且同样向着蜗壳的出口位置处偏离。在D、2D的进口速度分布差别最大，边界的位置速度的分布不均匀性较大。在4D距离下的模型由于进口弯管距离较远，其周边的气流速度进行了充分的重新分布，恢复为环状的结构，中心位置处的分布相对较差。

图3 不同进口弯管结构下的速度分布云图

2.2 离心通风机进口端的压力分布

采用不同的进口弯管结构对离心通风机的进口端压力分布进行模拟，得到如图4所示的压力分布云图。进口端的压力值是进行通风机设计和使用的重要参数，其全压值是额定功率下工作参数。从图4中可以看出，在气流经过弯管进入通风机后，流体沿着管道流动的同时还受到离心力的作用而呈现向管道外侧流动的趋势。由于经过管道中心的气流速度较大，而周边的气流速度较小，因此，中间气流的离心力作用较大，使得弯管的外侧压力值大于内侧的压力值；作用在管道左右两侧的气流同时受到管壁的压迫而形成双涡流流动，使得进口的压力呈现月牙形等不，外侧压力高于内侧的压力值。在不同的模型中，0时的双涡流现象不明显，随着进口弯管距离的增加，D、2D模型时的双涡流现象较为明显，而在4D时由于距离的增加，使得弯管的最大全压值小，气流的均匀性分布更加合理。由于双涡流现象的存在，会造成气流形成螺旋式前进的方式，并且在进入通风机后改变了叶片的进气流角度，造成了叶轮内部气流的分层，使得离心通风机的性能变差。

图4 不同进口弯管结构下的压力分布云图

3 结论

1）在进口端直接连接弯管时对通风机的性能影响不大，而在距离为管径的1~2倍时，对通风机的性能具有明显的减弱作用，当距离增加至4倍管径时，其影响作用减弱，离心通风机的性能逐渐恢复。

2）在进行离心通风机的管路布置时，要充分考虑进口端弯管结构对其性能的影响，以提高通风机性能。