几何模型建立与网格划分
计算模型采用掘进工作面4-72-5.6A 防爆防腐蚀的离心式通风机，其主要参数：电机功率22 kW，转速2 930 r/min，流量10 122~25 736 m3/h，济南离心通风机，全压4 152~2 330 Pa。其主要由进风口、集流器、叶轮和蜗壳组成。
离心通风机集流器中添加了米字形结构与环形挡环。风机结构复杂且叶片外形不规则，因此生成结构化网格比较困难，相反非结构化网格适应能力强，在处理复杂结构时有利于网格的自适应。
因此离心通风机采用四面体非结构化网格。使用ANSYS 软件中的CFD 软件进行网格划分，加米字形集流器模型网格数1 072 503，网格节点数184 910；普通圆弧形模型网格数1 296 832，网格节点数223 847。以离心风机在掘进工作面环境下的运行工况为依据，进行离心通风机参数设置：流量取22 806.54 m3/h，流速取6.335 15 m/s， 质量流量取7.491 3 kg/s。把Pro/E 建立的几何模型导入Fluent 中并对几何模型的边界条件计算参数进行设定。其中入口类型采用速度进口，出口设为压力边界条件，本计算采用的样机是矿用式离心风机， 出口静压可以近似为0，蜗壳内壁及叶轮壁面粗糙度均取0.5，集流器、叶轮、蜗壳等各流体区域结合处的公共面采用interface边界类型面， 将叶片的压力面和吸力面以及叶轮前盘、后盘和转轴的内外表面一起定义为旋转壁面。环境压力为101 325 Pa，取粉尘流体密度ρ=1.225 kg/m3。计算时采用SIMPLE 压力速度耦合方法进行。
离心通风机对比分析
在额定转速下， 假定风机进出口处截面上动压静压均匀分布，对风机进口、出口压力及压差，集流器进出口压力及其压差进行统计。取点方法：在截面中心为轴心，周边均匀取了20 个点，之后计算取其平均值，可以看出，同流量下，加米字形集流器的静压和全压差分别为-4 389.0 Pa 和-2 252.9 Pa，排尘离心通风机，而普通圆弧形集流器的压差为-982.9 Pa 和-32.1 Pa，相比可以看出，离心通风机 加米字形集流器导流效果比普通圆弧形集流器好。但是同流量下，普通圆弧形集流器比加米字形集流器风机压差大，有效值大2 366 Pa，风机全压差加米字形比普通圆弧形小2 350.8 Pa，减少的这部分能量用于摩擦发热。说明集流器经过改造提高了粉尘流的导流能力，提高了风机的性能。
本文对掘进工作面离心通风机集流器结构进行了改进研究。并对改进前、后的结构的集流器导流效果做了理论分析。然后应用Fluent 流体软件对其进行了数值建模分析， 充分认识离心分机内部流场流体的流动规律，并得到集流器及整个风机的压力云图，截面所受阻力云图，并取点做了统计分析。研究结果表明：离心通风机加米字形集流器使集流器进出口压差增加，明显地起到对粉尘流场的导流作用。但是集流器由于增加米字形支撑架，造成集流器截面的摩擦力增大，消耗了风机的一部分动能。但对大型除尘离心风机总体来看，采用该结构大大减少制造难度和加工成本，提高了经济效益。
为改善离心通风机受气体粘性影响导致流动分离加剧的现象，在传统蜗壳型线设计理论的基础上，研究气体粘性力矩对蜗壳壁线分布的影响，并采用动量矩修正方法对其进行改型设计。另外，为真实反映风机内流场分布情况，在标准k-ε 计算模型的扩散项中加入粘性应力作用，使其高计算误差降低至3%。对比分析改型前后风机数值模拟计算和试验测量结果可知，采用修改的k-ε 模型进行计算发现改型后风机内旋涡强度减小，蜗壳出口靠近蜗舌处流动分离得到改善。试验结果表明：改型离心通风机出口静压提升约25Pa，较大全压效率较原型机提升约10%。
同时，由于蜗壳张开度扩大能够***流动分离，使蜗舌附近区域的旋涡强度及其影响区域减小，离心通风机厂家，从而有效地降低了多翼离心风机噪声2.5dB。多翼离心风机广泛应用于国民经济的各个领域，是工业生产中主要耗能设备之一，蜗壳作为离心风机中不可或缺的基本元件，其结构的不对称性及内部流动的复杂性会对叶轮出口气流角造成较大影响，使其沿圆周方向呈现出明显的不对称性。而在风机实际运行过程中，离心通风机叶轮出口气流与蜗壳壁面间存在强烈的非定常干涉，使得蜗壳壁面成为风机的主要噪声源。因此提高蜗壳型线设计水平，不仅能改善风机气动性能，还能达到降低噪声的效果。目前国内外学者对离心风机蜗壳型线的研究，主要集中在寻找能真实反映蜗壳内流体流动状态的设计方法。
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