刘晓峰，张敏良，董慧婷，陈佳鑫，李莹

（201620 上海市 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院）

0 引言

叶轮气动装置是利用生产过程中产生的废气驱动叶轮转动做功来带动发电机发电的装置。叶轮气动装置的结构形式直接影响着装置的工作效率[1]，进而影响了发电机的输出功率。目前，我国很多高校和研究单位对利用风能发电[2-4]和水利发电[5-7]进行了研究，在利用废气发电方面还未进行过多探索。

课题组以解决某化工企业的叶轮气动装置在生产中对废气利用效率低的问题为目标，通过ANSYS Fluent 软件，模拟叶轮气动装置内流场的速度和压力分布情况，研究进气口位置对装置内流场的影响，基于数值模拟的方法来对不同进气口位置的叶轮气动装置进行研究。

1 基本结构

图1 为叶轮气动装置的结构简图，图2 所示为叶轮气动装置内流场计算模型图。叶轮气动装置按功能主要分为3 个部分。第1 部分为气动壳体，由两端是直径为 35 mm 的圆形管道以及中间是直径为 95 mm 的圆形腔体组成，两侧端面距离壳体 30 mm，进口处为方形进口，方形进口的底母线与圆形腔体底母线距离为 2 mm，出口处内径为27.5 mm；第2 部分为叶轮，如图 3 所示。叶轮作为装置做功的主要部件，设计叶轮转速为n=3 000 r/min，其主要参数见表1。第3 部分为电机座，电机置于其中，气体由进口处进入，冲击叶轮，叶轮旋转驱动发电机发电。

表1 叶轮主要结构参数Tab.1 Main structural parameters of impeller

图1 叶轮气动装置结构简图Fig.1 Structure diagram of impeller pneumatic device

图2 计算模型示意图Fig.2 Schematic diagram of calculation model

图3 叶轮实体模型Fig.3 Impeller solid model

2 数值计算模型

2.1 数值模型

流体计算理论中，包含三大守恒方程：分别是流体的质量方程、流体的动量方程和流体的能量守恒方程[8]。……