家用除濕機風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計分析
除濕機一般廣泛使用于南方地區(qū)的家居、圖書館、儲藏室、檔案管理室或者辦公室等對干燥度要求較高的環(huán)境中。近年來.除濕機的應(yīng)用率發(fā)展十分迅捷.未來其在家庭中的普及率會等同于空調(diào)隨著人們審美觀念的提升.當(dāng)下的除濕機越來越小型化.且其外觀也頗具創(chuàng)意,新穎獨特。當(dāng)然,最核心的要求還是除濕機的性能。由此便對其風(fēng)道設(shè)計提出了更高的要求?;诖耍疚膶⒅攸c探討家用除濕機風(fēng)道的優(yōu)化設(shè)計。
一、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型
選取的家用除濕機屬于形態(tài)較小的多翼離心風(fēng)機.其各項參數(shù)為:55個葉片數(shù),葉輪外徑為195毫米,內(nèi)徑與外徑之比為0.85.進出El安裝角分別為9O。與21。首先.由于多翼離心風(fēng)機具有繁雜的流態(tài)與較高的曲率.在計算時則需應(yīng)用三維雷諾平均守恒方程:同時.其并不具備較大的壓力與速度.因此空氣密度可以直接忽略。且由于該風(fēng)機內(nèi)部為旋轉(zhuǎn)流體流動.因此需在其一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的本體上設(shè)置好坐標(biāo)系統(tǒng).其求解方式主要應(yīng)用旋轉(zhuǎn)非慣性坐標(biāo)系。
其次.定義邊界條件.其旋轉(zhuǎn)區(qū)域為葉輪所在位置,坐標(biāo)系則使用的是多重旋轉(zhuǎn):剩余區(qū)域則均為靜止區(qū),坐標(biāo)系也使用的是靜止的.而原點位置則在蝸殼后蓋板中心.進風(fēng)口對應(yīng)于Z軸指向.旋轉(zhuǎn)壁面則是I1-P片與后盤外的表面,且旋轉(zhuǎn)、靜止壁面均要達到無滑移要求計算域流體進出El位置則主要是風(fēng)機進氣El’與蝸殼的進出口截面進口邊界條件定義為壓力.出口邊界條件則定義為負進口速度.若要計算速度.則需先計算出額定風(fēng)量與截面面積
最后.南于流道較為復(fù)雜.因此在劃分葉輪網(wǎng)格時則主要應(yīng)用六、四面體的非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格,依據(jù)方案的不同,總網(wǎng)格數(shù)也存在差異.但均約為52萬。在葉尖處對網(wǎng)格予以加密處理,這樣能夠使流動分離和合流工作得以更明顯的體現(xiàn)
二、家用除濕機風(fēng)道的優(yōu)化設(shè)計方案
在對家用除濕機風(fēng)道開展工業(yè)沒計之前.已經(jīng)確定了其外觀、大小與尺寸,即使后期對風(fēng)道予以優(yōu)化設(shè)計,上述內(nèi)容也不允許變動。由于受此要求的約束,本實驗不對蝸殼曲線予以優(yōu)化設(shè)計.而唯一具備優(yōu)化設(shè)計可行性的則是出13渦舌部位。本文共制定四個優(yōu)化設(shè)計方案.其中方案一為對產(chǎn)品進行初始優(yōu)化設(shè)計:方案二至四則均為基于風(fēng)量達到規(guī)定要求的前提下使得噪聲最小。在方案一中,其渦舌部位的半徑為5毫米,方案二至四的渦舌半徑相比方案一則略長,均為7毫米。而在喉部位置,其直徑則逐漸增加雖然半徑一樣但是方案二和方案四還是存在差異,主要不同位置為風(fēng)機人口方案四基于方案二。在殼體上增設(shè)了一個槽.
三、優(yōu)化設(shè)計模擬方案與最終結(jié)果
(一)計算結(jié)果
對于方案一至方案四分別予以數(shù)值結(jié)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)方案四風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計模擬結(jié)果與方案二存在極大的相似性.且很難體現(xiàn)于數(shù)值層面經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn)其原因可能在于在對方案進行模擬時.在假設(shè)過程與計算數(shù)值過程中產(chǎn)生了誤差
(二)靜壓現(xiàn)象
基于靜態(tài)壓力分布情況.發(fā)現(xiàn)方案一和方案l一都存在在面積較小的區(qū)域中靜壓高的現(xiàn)象.而在方案二中則并沒有哪些區(qū)域出現(xiàn)靜壓上升現(xiàn)象。一般而言.若有靜壓存在.則對其出流狀況一定會存在較大影響而通過綜合分析后得知.方案~和方案j三中的靜壓現(xiàn)象是氣流對渦舌進行碰撞后產(chǎn)生的.南此帶來能量上的損失因此在風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計過程中需要采取對應(yīng)措施.以降低由于撞擊而帶來的損失.從而促使風(fēng)機效率得以顯著提升
(三)逆流現(xiàn)象
在風(fēng)機中.葉輪旋轉(zhuǎn)速度非??欤畬τ谄鋬?nèi)部產(chǎn)生的氣流則會存在吸附作用.在葉輪外部的蝸殼出1:3部位.則會存在動壓與速度的最大值。在方案一中.由于受到喉部尺寸的約束.出口部位的阻力也較大.這種現(xiàn)象導(dǎo)致一部分游離于渦舌上游葉片出口部位的氣流又流回至葉輪進1:3部位.因此在這一區(qū)域中有出El逆流現(xiàn)象.南此致使風(fēng)量較少。與此同時.由于在出風(fēng)時氣流均集中于某一側(cè).對于流動情況產(chǎn)生了不利影響.惡化后噪聲得到極大程度的增加。而在方案中.渦舌處存在過大的擴張現(xiàn)象.致使蝸殼內(nèi)部壓力超出了葉輪所能承受壓力的極限值.從而在葉道內(nèi)出現(xiàn)氣流缺少的現(xiàn)象.難以將葉輪出1:3部位的逆向壓力予以有效克服.由此便出現(xiàn)回流現(xiàn)象.增加分離損失.致使氣流集中于某一側(cè)。
(四)綜合評價
綜合上述模擬與計算結(jié)果.能夠初步認定可行性與效果均較為優(yōu)越的為方案二為了進一步證實模擬結(jié)果.利用CNC對四個模型予以有效構(gòu)建.而后開展實驗測試。結(jié)果顯示.方案一至i若風(fēng)量一致.則噪聲不高.功能消耗則處于方案一與方案三之間。對于方案二而言,其功能消耗則接近于最初設(shè)計方案。由于在葉輪進口位置沒有端盤.且兩側(cè)卻有較大的壓力差.由此在蝸殼內(nèi)部流體會出現(xiàn)逆流現(xiàn)象,且該現(xiàn)象頻繁存在。由于上述原因,葉輪流體能量無故損耗.風(fēng)機效率自然不高。南此可知.降低泄漏量是優(yōu)化設(shè)計風(fēng)道的關(guān)鍵。基于此.方案四設(shè)置了密封槽.降低了漏風(fēng)量,功能損耗現(xiàn)象與噪聲均得到了優(yōu)化,效果更好。
綜上所述,可知渦舌部位半徑能夠影響噪音與風(fēng)量.對其予以優(yōu)化設(shè)計則能夠避免靜壓一升現(xiàn)象.從而降低能耗:風(fēng)機出口處有曲線.其對于回流區(qū)有較大影響.若能夠確保擴張角度滿足規(guī)定要求,則也可有效降低分離回流損失。通過對四個方案進行
模擬和實驗.發(fā)現(xiàn)方案二的效果較好.而方案四在方案二的基礎(chǔ)上設(shè)置了密封槽,其效果則更優(yōu)。