流场仿真技术在空调器离心风机优化中的应用

    1　前言

    流场仿真是利用计算流体动力学(CFD)技术 对特定的流动问题进行数值计算,以获得稳态或 非稳态的流场分布,并对仿真的结果进行专业化 分析、处理及显示。空调工程中的许多技术领域, 诸如风机系统设计问题,包含对流、传导、辐射过 程热交换问题,室内环境中气体的多组元扩散及 温湿分布问题,空调房间环境的热舒适性问题等, 都与湍流流动有着非常广泛而又密切的联系。借 助于流场仿真分析软件包STAR-CD PACKAGE, 通过对上述湍流现象的深入研究,可以进一步加 深对复杂流动问题本质的认识,对指导现有产品 性能的优化和新产品的开发有着非常重要的意 义。

    本文着重对本公司某一型号柜式空调器的室 内离心风机系统在蜗壳出口为敞口(即背压为1 个大气压)情况下的离心风扇及蜗壳的内部流场 做了基于非稳态的数值计算。并针对流场仿真计 算的结果,定性分析了影响离心风机系统气动性 能的主要因素,并将部分分析的结果应用于柜机 室内降噪工作,并取得了较好的应用效果。另外, 作为验证,本文还对改进前、后的离心风机系统进 行了仿真对比分析,并通过风机气动性能实验证 明了仿真分析的正确性。

    2　计算方法

    2·1　定解条件及仿真模型

    对处于敞口状态下离心风机系统的仿真基于 如下假设:(1)流动介质为单一组分的干空气;(2) 空气在蜗壳中的流动为不可压缩的粘性流动,密 度为常量(t=20℃)。湍流模型及控制参数参见 表1。

    进口体积流量为1000m3/h,出口为压力边界 条件,并以稳态计算的结果作为非稳态计算的初 始条件。仿真分析的模型及离心风机系统结构如 图1、2。

    2·2　仿真计算稳定的判断

    离心风机非稳态仿真计算稳定的判断依据之 一是蜗壳进出口的压差DP随时间的脉动趋于等 幅震荡。图3表示非稳态计算初始一段时间内的 压差脉动的时域分布。从图中可以看出计算的初 始时刻压差有较大的波动,随着时间的推进,蜗壳 出口压差在经过一个平衡期后,开始进入以中心 压力为60Pa的不等幅震荡。

    当仿真计算进行到3~4个离心风扇的旋转 周期后,蜗壳出口压差开始进入到等幅震荡。一 般认为,此时离心风扇的内部流场已达到稳定状 态,如图4所示。