建立空調用多翼離心通
風機的三維數學模型，實現了空調用多翼離心通風機幾何建模的參數化。多翼離心通風機因其壓力系數高，流量系數大，結構尺寸小，噪聲低而廣泛應用于家用電器和空調設備等低壓通風換氣的場合。空調用多翼離心通風機具有葉片數多、葉片曲率大、流道短等特點，目前的設計方法還不太完善，有關葉輪參數的確定仍依靠經驗公式。因此，為了確保所設計的多翼離心通風機性能穩定，通常需要進行大量試驗，這將使得產品的研發周期長，費用高1。研究表明：在多翼離心通風機設計過程中進行計算流體動力學分析（CFD），不僅可以使設計人員獲得產品的內部流動情況，而且還可以使設計人員在設計過程中預測產品的整體性能，及時調整設計方案2。然而，目前在采用通用的計算流體動力學軟件（如FLUENT）進行多翼離心通風機性能分析時，若葉輪幾何參數稍有變化，或者葉片數目有所調整，或者蝸殼型線有所變化，或者電機型號更改，都必須重新對它進行幾何建模和網格劃分等前處理工作，這將花費大量的時間和精力。因此，針對空調用多翼離心通風機的特點，建立風機各個部件的數學模型，實現整機幾何建模的參數化，這對于縮短CFD分析前處理時間具有重要的現實意義。1幾何建模空調用多翼離心通風機通常由葉輪、蝸殼、集流器、電機四大部件構成，每個部件都具有各自的結構特點，且對整機性能產生影響。若要實現整機幾何建模的參數化，首先必須建立各個部件的數學模型。1.1葉輪建模多翼離心通風機的葉片翼型通常都基于某種原始翼型，設計時可根據需要進行選擇。對于葉片翼型的這種可選擇性，可以采用數據庫的方式來實現。葉片造型的主要參數為（1）葉輪外徑D2；（2）輪徑比x；（3）進口安裝角b1A；（4）出口安裝角b2A；（5）葉片數z；（6）葉片長度L。另外，多翼離心通風機翼型中線的形狀一般采用兩種形式構成，即圓弧形和拋物線形。其中，圓弧形又包括單圓弧和雙圓弧，或者它們與直線的組合。具體為單圓弧、單圓弧+直線、雙圓弧、雙圓弧+直線4種組合。由此可知，加上拋物線形，翼型中線形狀共有5種類型。對于上述5種翼型中線，葉片造型所需參數稍有不同，除了前面介紹的6個基本參數外，可能還需要增加某些參數。對于單圓弧，只需6個基本參數，無需再增加參數。單圓弧翼型中線的幾何關系如圖1所示通過幾何關系，計算獲得葉片造型所需的主要參數。對于單圓弧+直線，除需6個基本參數外，還需要給出直線位置x1，以幫助確定翼型中線從哪個位置開始為直線。對于雙圓弧，除需6個基本參數外，還需要給出最大撓度位置x2，以幫助確定翼型中線兩段圓弧的交點（即切點）。對于雙圓弧+直線，除需6個基本參數外，還需要給出直線位置x1和最大撓度位置x2，以幫助確定翼型中線兩段圓弧的交點（即切點），以及翼型中線從哪個位置開始為直線。對于拋物線，只需6個基本參數，無需再增加參數。對于上述4種翼型中線的葉片，其幾何關系與單圓弧相類似，故在此不多述。而對于葉片的旋轉以及沿半徑方向平移至圓周等，則可見文獻3。這樣在確定了葉片翼型、翼型中線以及葉片造型的主要參數之后，就可以實現葉輪的參數化建模了。1.2蝸殼建模蝸殼是多翼離心通風機的一個重要組成部分，其作用是將離開葉輪的氣體集中、導流，并將氣體的部分動能轉變為靜壓能。蝸殼型線一般有等邊基和不等邊基兩種，設計時可根據需要進行選擇。蝸殼造型的主要參數為（1）開度A；（2）寬度B；（3）出口長度C；（4）擴壓器長度E；（5）擴壓器內側傾角q1；（6）擴壓器外側傾角q2；（7）蝸舌間隙t；（8）蝸舌圓弧半徑r。蝸殼的具體作圖方法見文獻4，這里不再贅述。1.3集風器建模集風器（或進氣口）的作用是保證氣流能均勻充滿葉輪進口截面，降低流動損失。集風器有很多種類型，如：圓筒形、圓錐形、弧形、錐筒形、弧筒形及錐弧形等，設計時可根據需要進行選擇。集風器的主要設計參數為（1）進口直徑d1；（2）出口直徑d2；（3）錐角q；（4）圓弧半徑r1；（5）集風器長度F。集風器的設計是一個簡單的點線面體過程，通過以上參數可計算出集風器5個關鍵點的坐標，然后連點成線，再連線成面，最后旋轉得體。1.4電機建模空調用多翼離心通風機通常都自帶電機，電機一般存在內置和外置兩種安裝方式，而離心通風機通常具有單吸和雙吸兩種類型，這樣可能產生4種不同組合，建模時可根據需要進行選擇。電機的主要設計參數為（1）電機直徑de；（2）電機軸徑dx；（3）內置長度Li；（4）輪盤厚度h。通過以上各參數可以調整電機的尺寸與布置，完成電機建模。軟件還提供了一個電機數據庫，可以選擇數據庫中現有的電機類型，也可以將數據存貯到數據庫，方便下次使用。2應用舉例某空調用多翼離心通風機的設計參數為（1）葉輪：采CW-1翼型，中線形狀為雙圓弧加直線。葉輪參數為外徑D2=340mm，輪徑比x=0.824，進口安裝角b1A=61°，出口安裝角b2A=143°，葉片數z=35，葉片長度L=130mm，直線位置x1=0.845弦長，最大撓度位置x2=0.4弦長。（2）蝸殼：采用不等邊基型線。蝸殼參數為開度A=87mm，寬度B=158mm，出口長度C=278mm，擴壓器長度E=350mm，擴壓器內側傾角q1=30°，擴壓器外側傾角q2=6°，蝸舌間隙t=20mm，蝸舌圓弧半徑r=20mm。（3）集風器：進口直徑d1=400mm，出口直徑d2=340mm，錐角q=60°，圓弧半徑r1=30mm，集風器長度F=80mm。（4）電機：風機采用單吸式，電機為內置安裝。電機參數為電機直徑de=130mm，電機軸徑dx=12mm，內置長度Li=91mm，輪盤厚度h=8mm。研發的程序運行界面如圖2所示。 圖2程序運行界面輸入設計參數，通過程序計算獲得多翼離心通風機各部件的三維數學模型，將坐標數據文件導入Gambit中，建立各部件三維實體模型，結果如圖3所示。圖3各部件三維實體模型3結論空調用多翼離通心風機幾何建模的參數化，可以實現針對各種設計參數的多翼離心通風機進行快速幾何建模，這極大地縮短了前處理時間，提高了CFD分析的效率，并為進一步實現空調用多翼離心通風機的優化設計打下了堅實的基礎。
