如何提高離心通風機的葉輪（一）

離心式通風機作為流體機械的一種重要類型，廣泛應用于國民經(jīng)濟各個部門 , 是主要的耗能機械之一，也是節(jié)能減排的一個重要研究領域。 研究過程表明 ： 提高離心通風機葉輪設計水平 , 是 提高離心通風機效率、擴大其工況范圍的關鍵。本文將從離心通風機葉輪的設計和利用 邊界層控制技術(shù)提高離心通風機葉輪性能這 兩個方面，對近年來提出的 提高離心通風機性能的方法和途徑 的研究進行歸納分析。

1　 離心通風機葉輪的設計方法簡述

如何設計高效、工藝簡單的 離心通風機一直是科研人員研究的主要問題， 設計高效葉輪葉片是解決這一問題的主要途徑。

葉輪是風機的核心氣動部件，葉輪內(nèi)部流動的好壞直接決定著整機的性能和效率。因此國內(nèi)外學者為了了解葉輪內(nèi)部的真實流動狀況，改進葉輪設計以提高葉輪的性能和效率，作了大量的工作。

為了設計出高效的離心葉輪 , 科研工作者們從各種角度來研究氣體在葉輪內(nèi)的流動規(guī)律 , 尋求最佳的葉輪設計方法。最早使用的是一元設計方法 ^[1] ，通過大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和一定的理論分析，獲得離心通風機各個關鍵截面氣動和結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇規(guī)律。在一元方法使用的初期，可以簡單地通過對風機各個關鍵截面的平均速度計算，確定離心葉輪和蝸殼的關鍵參數(shù)，而且一般葉片型線采用簡單的單圓弧成型。這種方法非常粗糙，設計的風機性能需要設計人員有非常豐富的經(jīng)驗，有時可以獲得性能不錯的風機，但是，大部分情況下，設計的通風機效率低下。為了改進，研究人員對葉輪輪蓋的子午面型線采用過流斷面的概念進行設計^[2-3] ，如此設計出來的離心葉輪的輪蓋為兩段或多段圓弧，這種方法設計的葉輪雖然比前一種一元設計方法效率略有提高，但是該方法設計的風機輪蓋加工難度大，成本高，很難用于大型風機和非標風機的生產(chǎn)。另外一個重要方面就是改進葉片設計，對于二元葉片的改進方法主要為采用等減速方法和等擴張度方法等 ^[4] ，還有 采用給定葉輪內(nèi)相對速度 W 沿平均流線 m 分布 ^[5] 的方法。 等減速方法 從損失的角度考慮， 氣流相對速度在葉輪流道內(nèi)的流動過程中以同一速率均勻變化，能減少流動損失， 進而 提高葉輪效率 ；等擴張度方法是為了避免局部地區(qū)過大的擴張角而提出的方法。 給定的葉輪內(nèi)相對速度 W 沿平均流線 m 的分布是通過控制相對平均流速沿流線 m 的變化規(guī)律，通過簡單幾何關系，就可以得到葉片型線沿半徑的分布。以上方法雖然簡單，但也需要比較復雜的數(shù)值計算。

隨著計算技術(shù)的不斷發(fā)展，三維粘性流場計算獲得了非常大的進步，據(jù)此，有一些研究者提出了近似模型方法。該方法是 針對在工程中完全采用隨機類優(yōu)化方法尋優(yōu)時計算量過大的問題， 應用統(tǒng)計學的方法， 提出的一種 計算量小、在一定程度上可以保證設計準確性的方法。在近似模型方法應用于葉輪機械氣動優(yōu)化設計方面 , 國內(nèi)外研究者們已經(jīng)做了相當一部分工作 ^[12-14] , 其中以響應面和人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法應用居多。如何有效地將近似模型方法應用于多學科、多工況的優(yōu)化問題 , 并用較少的設計參數(shù)覆蓋更大的實際設計空間 , 是一個重要的課題。

隨著理論研究的不斷深入和設計方法的不斷提高，對于 降低葉輪氣動損失、改善葉輪氣動性能的措施， 提高離心風機效率的研究，將會更好的應用于工程實際中。