青岛环保除尘风机常用解决方案 冠熙风机综合实力强

为研究后环保除尘风机叶轮的流场及噪声问题，采用三维建模软件ＵＧ对现有叶轮进行逆向建模，提取出叶轮的几何模型，运用Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ对叶轮模型进行网格划分，然后采用Ｆｌｕｅｎｔ软件模拟了叶轮三维粘性定常流动特性，分析了叶轮内部流动情况，在此基础上对叶轮模型进行噪声分析，得到流场模拟和噪声分析结果，为叶轮优化设计提供理论依据。叶轮进口处的流道变窄会使前盘处脱流区域变大，从而导致金属叶轮内部损失增加。

环保除尘风机作为干燥、通风类家电产品的重要组成部件，其性能直接影响着家电产品质量的高低。随着现代生活对节能、环保等要求日益提高，开发、低噪风机成为必然趋势。离心式通风机的工作介质为气体，工作过程中会产生气动噪声、机械噪声和气固耦合噪声，其中气动噪声是主要噪声，约占到总噪声的４５％左右。风机气动噪声主要由离散噪声（旋转噪声）和湍流噪声组成。高速高压离心风机旋转噪声较高，低速低压风机以湍流噪声为主。且基频噪声和宽频噪声在风机中不同程度的存在。目前对离心式通风机降噪研究还处于试验为主的研究阶段，但试验研究成本较大、周期较长，这对环保除尘风机产品开发非常不利。此外，影响离心式通风机气动噪声的因素众多，设计所得结果的降噪机理难以被系统揭示。可见前盖板加装消声材料降噪效果并不好，主要原因由于进口处有集流器，导致安装消声材料的面积相对于后盖板小很多，吸声效果不明显。数值模拟方法能够提供风机的内部流场信息和噪声分布情况，有利于准确认识离心式通风机噪声产生机理和降噪原理，为进一步推广降噪设计的方法提供依据。所以，对离心式通风机数值模拟的研究是非常必要的。

原环保除尘风机和A 型改进风机在点的噪声频谱图。根据风机参数，风机旋转噪声基频为760 Hz，由频谱图可看出在500 ～ 800

Hz 之间的低频噪声并没有降低，而1 250－2 000 Hz 之间吸声材料的降噪效果非常好，噪声下降明显。主要原因就是选用的吸声材料超细玻璃棉在高频率下，吸声系数较大，因此多孔吸声材料其吸声效果是高频优于低频的。消声蜗壳为B 组合形式时与原风机的出口A声级随流量变化的对比图。与原风机相比，在额定工况点A 声级降低约7 dB( A) ，在大流量工况，A 声级降低约5．0dB( A) ，在小流量工况下，A 声级降低约2．4 dB( A) 。环保除尘风机叶片吸力侧形成的低能流积聚的“尾迹区”，形成“射流-尾流”结构。

在125～ 500Hz 频段之间，风机A 声级有所增大，原因是后盖板加上消声材料后，叶轮轴向安装长度加长引起低频电机振动，噪声增加。在中高频段后盖板加消声材料的降噪效果很好，这种方式对于气动噪声及高频振动等起到很好的吸收作用，尤其是环保除尘风机包括电机的高频振动噪声过滤程度明显。消声蜗壳为C 组合形式时与原风机的出口A声级随流量变化的对比图。与原风机相比，在额定工况点总A 声级降低约7．2 dB( A) ，在大流量工况，A 声级降低约5．5 dB( A) ，在小流量工况，A 声级降低约3．5 dB( A) 。其中集流器是引导粉尘气体进入环保除尘风机的重要结构，其结构形式对风机性能有很大的影响。是消声蜗壳为D 组合形式时与原风机的出口A声级随流量变化的对比图。与原风机相比，在额定工况点，A 声级降低约5．14 dB( A) ，环保除尘风机在大流量工况，总A 声级降低约5．0 dB( A) ，在小流量工况，A 声级降低约2．0 dB( A) 。降噪效果稍微好于A 型改进风机，但不明显。可见前盖板加装消声材料降噪效果并不好，主要原因由于进口处有集流器，导致安装消声材料的面积相对于后盖板小很多，吸声效果不明显。

以环保除尘风机蜗壳与叶轮出口在半径方向上的间距随方位角线性递增来优化蜗壳型线，并用试验证明了良好的蜗壳型线不仅能提高风机效率及全压，还能改变流量-压力曲线的变化趋势；BEENA等[11]通过应用层次分析法（AHP），对蜗壳的重要几何参数进行了优先排序，阐明了各参数对离心风机性能的影响;环保除尘风机采用3种不同流量的五孔探头，测量了风机蜗壳内流体的三维流动，得出传统一维蜗壳型线设计方法忽略了风机内部严重的泄漏情况，应根据流体实际流动进行修正的结论。内藏电动机的长度、头部倾角等在一定程度上影响着风机性能和噪音。本文在传统蜗壳型线设计理论基础上，以某抽油烟机用多翼离心风机为研究对象，

环保除尘风机采用动量矩修正方法对其进行性能优化。并考虑粘性应力的作用对原有k-ε计算模型进行修正，以期提高数值计算结果的准确度，为CFD数值模拟预测风机性能的可靠性提供参考。多翼离心风机由进口集流器、叶轮及蜗壳组成，具体结构如图1所示。先单独分析了进气箱内部流场特性，然后对进气箱与风机进行一体化分析，研究进气箱对离心风机性能的影响。其设计转速n=1200r/min，设计流量Qv=0.15m3/s，主要尺寸参数为：环保除尘风机蜗壳宽度b1152mm，叶轮内径1D210mm,叶轮外径2D246mm，叶片进口安装角178A，叶片出口安装角2160A，叶片圆弧半径r14mm，叶片数z60。为了提供更好的来流条件，给定较为准确的边界条件，本研究在利用Solidworks软件对风机进行三维建模时，分别将进风区域和出风区域进行延长处理，以保证进出口气体的流动充分发展。另外，为了方便模型的建立，在尽量减小数值模拟误差的前提下对电动机结构进行一定程度的简化，

将建立好的环保除尘风机三维模型导入ICEM 软件进行混合网格的划分。其中进出口和叶轮区域采用结构化网格，而蜗壳部分由于其内部结构复杂，尤其是电动机周围结构并非规则模型，故采用适应性较强的非结构化四面体网格，具体网格如图3 所示。综合考虑动静耦合区域对数值模拟预测结果的影响，在进行网格划分时，对边界层进行加密处理，其较低网格质量雅克比[14]在0.3 以上。其中入口类型采用速度进口，出口设为压力边界条件，本计算采用的样机是矿用式离心风机，出口静压可以近似为0，蜗壳内壁及叶轮壁面粗糙度均取0。为了保证数值计算结果的准确性，避免网格误差对其模拟结果造成影响，对环保除尘风机进行网格无关性验证，如表1 所示。综合考虑计算精度和计算效率可知，当网格数为25 万左右时预测结果较为合理，终确定整个计算域的网格数为2513558。k-ε 模型作为为普遍有效的湍流模型，能够计算大量的各种回流和薄剪切层流动，被广泛应用于各类风机的数值求解计算中。

由于有梯度扩散项，模型k-ε 方程为椭圆形方程，故其特性同其他椭圆形方程，需要边界条件：环保除尘风机出口或对称轴处k / n0和/ n0。但上述边界条件只针对高雷诺数而言，在固体壁面附近，流体粘性应力将取代湍流雷诺应力，并在临近固体壁面的粘性底层占主要作用。而多翼离心风机由于结构尺寸小、相对马赫数低，气体黏性力在流体流动过程中起重要作用，因此，在实际运用过程中，标准k-ε 模型由于未充分考虑粘性力的影响，导致计算模型出现偏差。k-ε模型作为***为普遍有效的湍流模型，能够计算大量的各种回流和薄剪切层流动，被广泛应用于各类风机的数值求解计算中。运用Visual C++将上述修正函数编写为UDF代码，并导入Fluent 内置Calculation module。为符合实际运行状态，环保除尘风机进出口边界条件设置为压力入口和压力出口，出口压降与动能成正比，从而避免在进口和出口定义一致的速度分布[15]。后以CFD 计算的定常结果作为初始条件，进行非定常数值计算。