轴流风机性能计算的理论基础
2.1轴流风机理论
2.1.1轴流风机的工作过程
气流经过通风机级时,一般情况下,流场是以轴线对称分布的,同一半径的圆柱面上流动相同,不同圆柱面上流动不同。在此,截取半後为r的圆柱面上的环状叶栅,展开到平面上,研究气流经过轴流风机级时的流动。因为没有前导流器,介质沿轴向流向叶轮,流经叶轮时,叶轮通过做功,向介质提供能量,介质绝对速度发生偏转,具有轴向速度和切向速度分量。流经后导流器后,后导流器利用部分旋绕动能,将其转化为压能,进而提高风机的静压和全压。[39]
2.1.2轴流风机中相似原理的应用
2.1.3轴流风机的无因次性能参数
满足相似条件的同系列风机,其性能参数可以通过相似变换之后进行性能比较。对于不满足相似条件的轴流风机,进行性能比较时一般采用无因次性能参数.
2.2流体力学理论
2.2.1流体动力学控制方程
(1)质量守恒方程
需要说明的是,虽然能量守恒方程是流体传动和传热问题的基本控制方程,但是对于不可压流体,若热交换很小以至可以忽略时,可以不考虑能量守恒方程。但对于可压缩流体,则需要将上述方程联立求解。对于旋转机械,因为其内部流动大多处于瑞流范围,因此一般情况下,需要增加端流方程。本文中轴流风机的流场为瑞流场,所以附加了雷诺时均方程。
2.2.2 Reynolds 时均方程
瑞流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动,其旋转流动结构,即所谓的端流祸。从物理机理上说,可将瑞流看作是由各种不同尺度的祸旋叠加而成的流动,这些祸的大小及旋转方向分布是随机的。大尺度的祸主要由边界条件决定,主要受惯性影响,其尺寸与流场的大小相比拟,是引起低频脉动的原因;小尺度的祸主要由枯性力决定,其尺寸可能只有流场尺度的千分之一,是引起高频脉动的原因。大尺度的祸破裂后形成小尺度的祸,较小尺度的祸破裂后形成更小尺度的祸。大尺度的祸从主流获得能量,通过祸间的转化将能量传递给较
小尺度的祸。最后由于流体枯性的作用,小尺度的祸不断消失,机械能就转化为流体的热能,即耗散。同时,由于边界作用、扰动及速度梯度的影响,新的祸不断产生。流体内祸的随机运动造成了瑞流物理量的脉动。原来已有5个未知量,现又新增加了 6个Reynolds应力,未知量的个数超过了方程个数,因此,方程组不封闭,需要引入新的端流方程以使方程组封闭。