陈少华，张弘弢，谢军龙

(华中科技大学能源与动力工程学院，湖北 武汉 430074)

1 引言

旋涡风机主要用于气体增压、输送和循环，其独特之处在于能够在小流量下实现高压比。旋涡风机兼具容积式机器的可控性和稳定性，和离心式机器低振动、高可靠性、无需润滑和机械部件较少等典型优点[1]。由于旋涡风机工作原理和几何尺寸复杂，其内部流场呈现高度湍流[2]状态，导致流体传输中损失能量较多，其多变效率无法达到0.5以上。尽管与其他压缩机相比，旋涡风机效率较低，但在旋转速度相同的情况下，它具有在较大流量下(相对容积式)的高压比(相对离心式)特性，且具有制造成本相对低、简单易用、自吸能力强等优点，在许多应用中可以提供很好的替代方案[3]。

20世纪50年代至60年代，部分学者基于湍流理论[1]和动量交换理论[4]解释了旋涡风机工作原理。通过实验和理论研究发现，动量交换理论在描述风机内部流场方面更为合适[5]。根据这个理论，叶轮中的气流受离心力的作用，在周向形成一系列螺旋状的运动[6]。随着叶轮旋转，壳体内部流体受叶片剪切力作用形成周向流，叶轮内部流体沿叶片及径向方向做旋转运动而获得动能。流体随后进入壳体流域并将动能传递给其中的周向流。气流受压差作用速度得到增加，重新进入到叶片根部。经过多次循环，气体在风机内以周向螺旋运动不断实现压力的增加。然而，动量交换理论并没有对整个场进行综合描述，意味着我们在研究整个风机时需要考虑更多的因素。……