轴流通风机不同变环量指数性能数值模拟芮胜军李健高凤玲/河南科技大学车辆与动力工程学院摘要：探讨了轴流通风机的设计方法，并用于煤矿防爆主扇轴流通风BK40-4№10的节能降耗改造，保持原通风机的集流器、机壳、扩散筒不变，重新设计了通风机叶片，并应用计算流体力学软件模拟了风机的性能。关键词：轴流式通风机；变环量指数；性能特性；数值模拟中图分类号：TH432.1文献标识码:B文章编号：1006-8155（2008）01-0041-03NumericalSimulationofAxial-flowFanPerformanceforDifferentNon-constantCirculationIndexesAbstract:Thisarticlefocusesonthedesignmethodofaxial-flowfan.Forthepurposeofenergy-saving,thisdesignmethodisusedinredesigningthemainaxial-flowfan,BK40-4-No10,thatisagainstexplosionforcoal-mine.Theoriginalcollector,casinganddiffuserholdoffanareremained,whilebladeisredesignedandperformanceissimulatedusingComputationalFluidDynamics(CFD).Keywords:axial-flowfan;non-constantcirculationindex;performancecharacteristics;numericalsimulation0引言轴流通风机是国民经济中重要的通用机械设备，广泛应用于冶金、矿山和隧道通风等领域。根据我国国家发展和改革委员会提出的节能中长期专项规划，在2000年，我国风机的平均设计效率为75%，比国际先进水平低5个百分点。我国风机设备的效率指标：到2010年风机的设计效率要达到80%~85%[1]。1轴流通风机设计的现状和方法1.1轴流通风机设计研究的现状通风机的传统设计方法是设计人员根据用户的要求和自己的经验，先提出设计方案，随后对给定的方案进行分析、计算。最后通过对通风机进行大量试验，改进设计方法，找到一个可行的设计方案，达到用户要求[2]。这种设计方法不仅要求设计人员具有丰富的设计经验，而且需要花费很多时间进行计算，延长了设计周期；通过试验检验设计结果，设计费用高，效率低。因此，传统设计方法得到的结果大多只是可行方案，而不是最佳设计方案。通风机的传统设计方法和思想都来自于大量试验，通过这样的方法能够得到较好的风机技术参数，但对风机内部流场的认识还有待研究。随着流体力学理论，特别是计算流体动力学CFD（ComputationalFluidDynamics）方法的发展，传统设计方法中繁复且耗费昂贵的部分被先进的CFD技术代替，利用CFD进行数值模拟已逐步成为求解流体机械内部流动的重要手段。通过这种“数值试验”可以充分认识风机内部流动规律，从而为风机设计提供了有效可靠的依据，大大减少了试验工作量和耗费。1.2轴流通风机设计的主要方法轴流通风机的理论设计方法主要有两种。一种是利用单独翼型空气动力试验所得到的数据进行设计，称为孤立翼型设计法[3]。这种方法以埃克(B.ECK)[4]、华立士(R.A.Wallis)[5]等人的设计资料较为完整；另一种是利用叶栅理论和叶栅吹风试验结果进行设计，称为叶栅设计法，如威尼格（F.Weinig）法和霍威尔（A.R.Howell）法[6]。威尼格法是根据无限叶片理论，用一个计算系数来考虑孤立翼型与叶栅之间的差异，修正进口气流角，来调整安装角。霍威尔法总结出平面叶栅试验数据，采用对称C4翼型，其特点是把风机的设计工况作为平面叶栅的额定工况，把设计工况下所得到的气流折转角作为额定气流折转角。通常情况下轴流通风机的叶栅稠度小于1，因此可把叶片当作互不影响的孤立叶片，按孤立翼型设计法计算，即假定孤立翼型的升力系数与叶栅中翼型的升力系数相等。这种方法试验数据比较完整，设计结果也较准确可靠，特别对于低压轴流通风机，可获得良好的效果[7]。叶栅稠度大于1的高压通风机，气流流过叶栅时由于翼型之间的相互影响以及叶栅的扩压性等，使叶栅的空气动力特性与孤立翼型有较大差别，通常采用叶栅设计法，此法是设计轴流压缩机或高压轴流通风机的主要方法。所以孤立翼型设计法适用于风压小，叶片稠度小的情况；而叶栅设计法适用于风压大，叶片稠度大的情况。近年来有人尝试将这两种设计方法同时应用于一个叶片设计，取得了良好的效果，这种方法称作混合设计法[7]。即叶根附近采用叶栅法，叶顶附近采用孤立翼型法，保证边界线平滑过渡，整个...