在与不在
王维斌/山东青岛海尔集团海尔模具有限公司PD 中心田明焕/青岛欧伊妮有限责任公司
■摘要：以某型号空调用贯流风机为研究对象，建立其整机二维全流场整机模型，采用数值模拟方法对其在设计工况下的内部湍流流场进行了数值模拟，着重分析了贯流风机速度场、压力场及重要湍流参数湍动能的分布规律，揭示了贯流风机内流场的基本特征。分析结论可为贯流风机的优化设计提供参考，对提高其整体性能具有工程应用价值。■关键词：空调；贯流风机；湍流；数值模拟；流场
中图分类号:TH43文献标志码:B
文章编号：1006-8155（2012）01-0027-03
Numerical Simulation of the Turbulent Flow Field in a Cross-flow Fan
Used
in
Air
conditioner
Abstract:Aiming at a cross-flow fan used in some kind of air conditioner,the full flow field 2D model was built,and the numerical simulation of the inner turbulent flow
under design condition
is presented.The
results
display
the鬣羚
basic
characteristics
of
inner flow field in the cross-flow fan,especially the velocity field,pressure field and the turbulent kinetic energy.The results can provide refererce for optimizing the fan design,and have important value of
engineering
applications
in
the
increase
of
the
overall performance in operation.Key words:air conditioner;cross-flow fan;turbulent flow;numerical simulation;flow field
0引言
自1952年德国人B.Eck 第一次提出
“横流式通风机”这一术语，引发了人们对贯流（横流）风机的深入研究。B.Eck
首先通过流场显示气流流动的方法，发现在叶轮内缘存在一个能够控制整流流动的偏心涡流，它作用于叶轮圆周的一边内侧，而且几乎是一种规则的势涡，中心处在叶片内边的某处，并随着节流情况的不同而沿着圆周方向[1] 移动。贯流
风机广泛应用于挂式空调、空气交换器、空气净化装置等，其流量较大，结构紧凑，结构复杂，内流湍流流场复杂，使得对其进行系统分析比较困难。
贯流风机叶轮内部的流动实际上是三维粘性非定常流动，叶轮的旋转和叶片表面曲率效应所产生的哥氏力和离心力使得叶轮内部的流动及其复杂。此外，贯流风机有限叶片数的影响和叶片的扭曲及流道的扩散等都容易使得流动产生分离及二次流，其湍流现象丰富[2]
。
本文采用数值模拟方法对某型号挂式空调贯流风机内部复杂的湍流流场进行系统分析，研究贯流风机特殊偏心涡的存在对整机流场的影响。
1几何模型及网格处理
本文所研究贯流风机的扇叶为直齿，
以往的研究表明，直齿贯流风机径向流场差异不大，因此采用二维建模的方法进行分析。贯流风机模型见图1，具体参数为：叶轮外径为97mm，内外径比为0.85，叶片数为35，叶片在圆周方向不是均匀
收稿日期:2011-06-20
山东青岛
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分布，而是按照正弦变化规律分布，叶轮额定转速为1300r/min。
图1贯流风机模型
计算网格质量是决定一个数值计算成功与否的关键因素之一。目前数值计算采用的网格可分为结构化与非结构化网格两大类，鉴于贯流风机复杂的几何形状，对风机整机流道全部生成结构化网格比较困难，因此，整机二维模型采用非结构化网格划分方式，共生成约60多万网格。
2边界条件
贯流风机的数值模拟中，通常将叶轮区域定义为旋转区域，采用旋转坐标系。流体给定旋转速度，旋转中心蜗壳区域和进口区域定义为静止区域，采用静止坐标系。旋转区域和静止区域交界面可采用Int
塞西尔
erface边界条件，使得两个区域的数据能在交界面上交换。叶轮所有叶片表面定义为旋转壁面，给定旋转速度和相邻流体区域的速度相同。流道内表面为静止壁面，旋转壁面和静止壁面均满足无滑移条件。
压力进口边界条件，给定风机进口的总压，并定义流体流动方向给定进出口湍流动能和湍流动能耗散率。压力出口边界条件，给定风机出口的静压。在回流中还包括其它的标量，当出现回流时，使用压力出口边界条件来代替质量出口条件常常有更好的收敛速度[3]。
3结果分析
为了分析贯流风机内部流场特征，主要就空调整机流场中速度、压力及湍动能三个参数进行分析。3.1速度场分布
从图2和图3速度场分布可以看出，贯流风机流场中存在明显的偏心涡，偏心涡的位置及其在流场中的移动路径直接影响叶轮内速度场的分布规律[4]。偏心涡的存在使得出口气流偏向一侧，使已经流出流道的气流容易回流到叶轮内部，造成较大的能量损失，同时降低风机流量，而贯流风机的效率也主要取决于回流的大小。从速度云图可以看出，高速区域主要集中在偏心涡附近，而靠近蒸发器侧断壁附近的出流速度相对较小，主要是受偏心涡位置的影响。
图2速度云图
图3速度矢量图
从速度场整体分布可以看出，贯流风机在叶轮内缘存在一个能够控制整个气流流动的涡流，它作用于叶轮圆周的一边内侧。叶轮内部的旋涡流动是由一个具有自由移动的涡核的涡流所造成的，该涡核[5]可以按具体情况而漂移。
3.2压力场分布
从图4所示的压力云图可以看出，低压区主要集中在涡核区域，
领袖性格
从气流进入蒸发器经过风机试验研究
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做功后流出流道的速度梯度非常明显。气流进入贯流风机后经过风机做功，在叶轮内部，静压分布式从上到下依次减小的趋势，气流相对速度增加，在叶轮下边缘处压力达到最低。正是这种从风机进口到出口的压力梯度的存在促使气流做横贯叶轮的运动，而静压的最低点即偏心涡的涡心[6-7]。
图4压力云图
3.3湍动能分布
从以上分析可以看出，贯流风机偏心涡的存在使得风机叶轮内部流场及其复杂，湍流现象非常明显，而湍动能[8](m2/s2)正是气流湍流强度的直接反应，图5即为流场内湍动能的分布图。可以看出，随着叶轮的旋转运动，脱离涡核中心流出风道的气流以及风机与蒸发器间隙部分气流的湍动能较高。前者是由于偏心涡的存在使气流以较高速度甩出叶轮，使大多数气流贴近蜗舌一侧流出风道；后者是因为叶轮与蒸发器直接间隙较小，使得部分气流在较小流通截面内回流至叶轮进口区域，速度梯度较高，湍流效应响应增强。
鄞州图5湍动能分布图4结论
完成了空调用贯流风机二维全流场的数值计算，重点分析了整机流场中速度场、压力场及湍流参数湍动能的分布规律，可以看出，贯流风机流场中典型偏心涡的存在是贯流风机的特有现象，偏心涡的强度及位置变化对风机流量和噪声产生重要影响。数值模拟结果揭示了贯流风机内部流场的基本特征，为其结构设计以及性能优化，提供了理论依据。
参考文献
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995-1015.
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