离心通风机叶轮的设计方法简述
如何设计高效、
工艺简单的
离心通风机一直是科研人员研究的主要问题，
设计高效叶轮
叶片是解决这一问题的主要途径。
叶轮是风机的核心气动部件，
叶轮内部流诱导风机动的好坏直接决定着整机的性能和效
率。
因此国内外学者为了了解叶轮内部的真实流动状况，
改进叶轮设计以提高叶轮的性能和
效率，作了大量的工作。
为了设计出高效的离心叶轮
,
科研工作者们从各种角度来研究气体在叶轮内的流动规
律
,
寻求最佳的叶轮设计方法。最早使用的是一元设计方法
[1]
，通过大量的统计数据和
一定的理论分析，
获得离心通风机各个关键截面气动和结构参数的选择规律。
在一元方法使
用的初期，
可以简单地通过对风机各个关键截面的平均速度计算，
确定离心叶轮和蜗壳的关
键参数，
而且一般叶片型线采用简单的单圆弧成型。
这种方法非常粗糙，
设计的风机性能需
要设计人员有非常丰富的经验，
有时可以获得性能不错的风机，但是，
大部分情况下，
设计
的通风机效率低下。
为了改进，
研究人员对叶轮轮盖的子午面型线采用过流断面的概念进行
设计
[2-3]
，
如此设计出来的离心叶轮的轮盖为两段或多段圆弧，
这种方法设计的叶轮虽然
比前一种一元设计方法效率略有提高，
但是该方法设计的风机轮盖加工难度大，
成本高，
很
难用于大型风机和非标风机的生产。
另外一个重要方面就是改进叶片设计，
对于二元叶片的
改进方法主要为采用等减速方法和等扩张度方法等
[4]
，还有
采用给定叶轮内相对速度
W
沿平均流线
m
分布
[5]
的方法。
等减速方法
从损失的角度考虑，
气流相对速度在叶
轮流道内的流动过程中以同一速率均匀变化，能减少流动损失，
进而
提高叶轮效率
；等
扩张度方法是为了避免局部地区过大的扩张角而提出的方法。
给定的叶轮内相对速度
W
沿平均流线
m
的分布是柜式风机通过控制相对平均流速沿流线
m
的变化规律，通过简单
几何关系，
就可以得到叶片型线沿半径的分布。
以上方法虽然简单，
但也需要比较复杂的数
值计算。
随着数值计算以及电子计算机的高速发展，
可以采用更加复杂的方法设计离心通风机叶
片
。
苗水淼等
运用
“
全可控涡
”
概念
[6]
,
建立了一种采用流线曲率法在叶轮流道的子午
面上进行叶轮设计的设计方法
,
该方法目前已经推广至工程界
,
并已经取得了显著效果
[7]
。
但是此方法中决定叶轮设计成功与否的关键
,
即如何给出子午流面上叶片涡的合理分
布。
这一方面需要具有较丰富的设计经验；
另一方面也需要在设计过程中对设计结果不断改
进以消防风机符合叶片涡的分布规律
,
以期最终设计出高效率的叶轮机械。对于整个子午
面上可控涡的确定，
可以采用
rCu
沿轮盘、
轮盖的给定，
可以通过线性插值的方法确定
rCu
在整个子午面上的分布
[8-9]
，也可以通过经验公式确定可控涡的分布
[10]
，也有
利用
给定叶片载荷法
[11]
设计离心通风机的叶片。以上方法都是采用流线曲率法，设计出的是
三元离心叶片，
对于二元离心通风机叶片还不能直接应用。
但数值计算显示，
离心通风机的
二元叶片内部流动的结构是更复杂的三维流动。
因此，
如何利用三维流场计算方法进一步来
设计高效二元离心叶轮是提高离心通风机设计技术的关键。
随着计算技术的不断发展，
三维粘性流场计算获得了非常大的进步，
据此，
有一些研究 、、
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