采用变弦长叶片设计的多翼离心风机叶轮改进与优化.pdf

第5 7卷 第8期2 0 2 3年8月西 安 交 通 大 学 学 报J OUR NA LO FX IANJ I AO T ON GUN I V E R S I T YV o l.5 7 N o.8A u g.2 0 2 3.*采用变弦长叶片设计的多翼离心风机叶轮改进与优化雷健,秦国良,崔琴,贾诚(西安交通大学能源与动力工程学院,7 1 0 0 4 9,西安)摘要:针对多翼离心风机蜗壳宽度大、叶片短引起的轴向进气流量分布不均匀和叶道回流现象,提出变弦长叶片的设计方法,以多翼离心风机叶轮为研究对象,开展了叶轮前缘的参数化优化。使用有5个控制点的贝塞尔曲线构建叶轮前缘,建立了支持向量回归代理模型,设置了效率与静压的优化目标,通过遗传优化算法对选取的控制点参数进行了优化。设计结果表明:变弦长叶片设计提升了多翼离心风机的通流能力,体积流量最大提升至3 5.7m3/h。流场分析发现,变弦长叶片设计的叶轮沿叶高方向的流量分布更均匀,特别是在靠近轮盖侧速度小于0的区域,流量几乎消除,轮盘截面的通流占比提升2 9.8%,叶道回流现象得到明显改善,变弦长叶片叶轮的做功能力更强。优化后,变弦长叶片多翼离心风机的气动性能得到显著提高,大流量方向的工况范围得以拓宽,小流量工况下的效率提升了4.9%,风机的静压能力最大提高了9 1.1P a。研究为多翼离心风机内部流动控制、多翼离心风机变弦长叶片优化设计提供了理论基础和工程实践。关键词:变弦长叶片;多翼离心风机;支持向量回归;数值分析中图分类号:TH 4 3 2;T K 0 5 文献标志码:AD O I:1 0.7 6 5 2/x j t u x b 2 0 2 3 0 8 0 0 2 文章编号:0 2 5 3-9 8 7 X(2 0 2 3)0 8-0 0 1 1-1 1I m p r o v e m e n t a n dO p t i m i z a t i o no fM u l t i-B l a d eC e n t r i f u g a lF a nI m p e l l e rB a s e do nV a r i a b l eC h o r dL e n g t hB l a d eD e s i g nL E I J i a n,Q I NG u o l i a n g,C U IQ i n,J I AC h e n g(S c h o o l o fE n e r g ya n dP o w e rE n g i n e e r i n g,X ia nJ i a o t o n gU n i v e r s i t y,X ia n7 1 0 0 4 9,C h i n a)A b s t r a c t:I nv i e wo f t h eu n e v e nd i s t r i b u t i o no f a x i a l i n l e t f l o wa n d t h eb a c k f l o wo f t h eb l a d ep a s-s a g ec a u s e db y t h e l a r g ev o l u t ew i d t ha n ds h o r tb l a d e so f t h em u l t i-b l a d e c e n t r i f u g a l f a n,t h i sp a-p e rp r o p o s e sad e s i g nm e t h o do fv a r i a b l ec h o r dl e n g t hb l a d e s.W i t ht h em u l t i-b l a d ec e n t r i f u g a lf a ni m p e l l e r a s t h e r e s e a r c ho b j e c t,t h ep a r a m e t r i c o p t i m i z a t i o no f t h e i m p e l l e r l e a d i n ge d g e i s c a r-r i e do u t.T h e l e a d i n ge d g e i s c o n s t r u c t e du s i n g t h eB e z i e r c u r v ew i t h f i v e c o n t r o l p o i n t s,t h e s u p-p o r tv e c t o rr e g r e s s i o np r o x ym o d e l i se s t a b l i s h e d,t h eo p t i m i z a t i o no b j e c t i v e sf o re f f i c i e n c ya n ds t a t i cp r e s s u r ea r es e t,a n dt h ep a r a m e t e r so f t h es e l e c t e dc o n t r o l p o i n t sa r eo p t i m i z e db yg e n e t i co p t i m i z a t i o na l g o r i t h m.T h ev a r i a b l ec h o r dl o n gb l a d ed e s i g ni m p r o v e st h ef l o wc a p a c i t yo ft h em u l t i-b l a d ec e n t r i f u g a lf a n,r e s u l t i n gi nam a x i m u mv o l u m ef l o wi n c r e a s et o3 5.7m3/h.T h ea n a l y s i so f t h e f l o wf i e l d r e v e a l s t h a t t h e i m p e l l e r d e s i g n e dw i t hv a r i a b l e c h o r d l e n g t hb l a d e sh a s am o r eu n i f o r mf l o wd i s t r i b u t i o na l o n gt h eb l a d eh e i g h td i r e c t i o n,e s p e c i a l l yi nt h ea r e an e a rt h e*收稿日期:2 0 2 3-0 2-2 5。作者简介:雷健(1 9 9 5),男,博士生;秦国良(通信作者),男,教授,博士生导师。基金项目:国家重点研发计划资助项目(2 0 1 8 Y F B 0 6 0 6 1 0 4)。网络出版时间:2 0 2 3-0 4-0 6 网络出版地址:h t t p s:k n s.c n k i.n e t/k c m s/d e t a i l/6 1.1 0 6 9.t.2 0 2 3 0 4 0 4.1 8 1 5.0 0 5.h t m l西 安 交 通 大 学 学 报第5 7卷 h t t p:z k x b.x j t u.e d u.c n s h r o u ds i d ew h e r e t h ev e l o c i t y i s l e s st h a n0,a n dt h ef l o wr a t i oo f t h ed i s ks e c t i o ni n c r e a s e sb y2 9.8%.T h ec h a n n e lb a c k f l o wp h e n o m e n o n i ss i g n i f i c a n t l y i m p r o v e d,a n dt h ew o r k i n ga b i l i t yo ft h e i m p e l l e rw i t hv a r i a b l ec h o r d l e n g t hb l a d e s i sr e l a t i v e l ys t r o n g e r.B a s e do nt h ev a r i a b l ec h o r dl e n g t hb l a d ed e s i g n,t h e a e r o d y n a m i cp e r f o r m a n c eo f t h em u l t i-b l a d e c e n t r i f u g a l f a n i sg r e a t l y i m-p r o v e d,t h eo p e r a t i n gr a n g ei nt h el a r g ef l o wd i r e c t i o ni sw i d e n e d,t h ee f f i c i e n c yi n c r e a s e sb y4.9%u n d e r t h es m a l l f l o wc o n d i t i o n,a n dt h es t a t i cp r e s s u r ec a p a c i t yo f t h e f a ni n c r e a s e sb yu pt o9 1.1P a.T h i s r e s e a r c hp r o v i d e s t h e t h e o r e t i c a l b a s i sa n de n g i n e e r i n gp r a c t i c ev a l u e f o r t h e i n-t e r n a l f l o wc o n t r o l a n dt h ev a r i a b l ec h o r d l e n g t hb l a d ed e s i g no fm u l t i-b l a d ec e n t r i f u g a l f a n s.K e y w o r d s:v a r i a b l ec h o r dl e n g t hb l a d e;m u l t i-b l a d ec e n t r i f u g a l f a n;s u p p o r tv e c t o rr e g r e s s i o n;n u m e r i c a l a n a l y s i s 现代社会中,绿色、节能、低噪等观念已深入人心,人们更加追求高质量的生活,对建筑设备和生活中使用的电器具有更高的要求。空调、吸油烟机等电器作为现代人们生活中必不可少的设备,对其能效、噪声的要求也日趋严格。多翼离心风机作为这类设备中的关键做功部件,对于整机性能的提升和噪声源的控制至关重要。国内外学者针对多翼离心风机的相关研究已发表了不少成果。V e l a r d e-S u r e z等1通过试验方法研究了前向多翼离心风机的气动噪声来源。V e-l a r d e-S u r e z等2通过非定常计算探究了前向式多翼离心风机的内部流动特征。Y o u n s i等3和L i n等4通过试验和数值方法研究了多翼风机的非定常流动。S a s a k i等5探讨了涡流对前向多翼离心风机内部产生的宽带噪声的影响。为了提高多翼离心风机的能效,B e n c h i k hL eH o c i n e等6使用代理模型和开源数据库自动优化多翼离心风机的部分结构参数,最终提高了多翼离心风机的性能。刘文武等7针对高压比小流量多翼离心风机进口集流器的偏心安装进行了数值研究,通过改变集流器的位置以匹配多翼离心风机内部的非对称性流动。杨伟刚等8通过将集流器偏心安