為方便設(shè)置邊界及計(jì)算條件，將整機(jī)劃分為進(jìn)氣部分、葉輪和蝸殼三大塊，其中進(jìn)氣部分即集流器和葉輪中間的圓柱形空腔，葉輪部分由AotoGrid生成旋轉(zhuǎn)葉輪網(wǎng)格，蝸殼分為規(guī)則的蝸牛狀部分、葉輪前蓋和集流器以及蝸殼外壁之間的不規(guī)則部分以及葉輪和集流器進(jìn)口之間的縫隙。為了能夠盡量真實(shí)地模擬流場，在集流器和葉輪套接的部分考慮了內(nèi)泄漏流動，其軸向間隙為5mm。
由于離心通風(fēng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，采用多塊網(wǎng)格生成方法生成高質(zhì)量網(wǎng)格?？紤]到不同流動區(qū)域的差異，對壁面附近的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了加密處理。為計(jì)算和分析方便，取葉輪旋轉(zhuǎn)軸中心線為z坐標(biāo)軸，進(jìn)口氣流沿z軸正向流向z軸負(fù)向，進(jìn)口所在平面為z=0平面。各部位的具體網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)為進(jìn)氣部分705703個(gè)，葉輪部分3413928個(gè)，蝸殼部分2075042個(gè)。整機(jī)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)總數(shù)為6194673個(gè)。
商業(yè)計(jì)算軟件Numeca使用時(shí)間相關(guān)法求解Reynolds時(shí)均方程 , 為了快速計(jì)算各種復(fù)雜流場 , 該軟件采用多塊/多重網(wǎng)格的計(jì)算技術(shù),并有多種可供選擇的對流項(xiàng)離散格式和湍流模型。計(jì)算采用B-L代數(shù)模型 , 對流項(xiàng)采用中心差分并結(jié)合四階耗散項(xiàng) , 時(shí)間推進(jìn)選用四階顯式Runge-Kutta方法。計(jì)算時(shí)使用三重“V型”網(wǎng)格循環(huán),CFL數(shù)取值3。由于流場中多處出現(xiàn)漩渦 , 且在出口處渦核強(qiáng)度和渦核位置均受上游的影響不斷發(fā)生變化，整個(gè)流場呈現(xiàn)了一定的非定常特性 , 因此當(dāng)進(jìn)出口流量發(fā)生小幅振蕩時(shí) , 可基本認(rèn)為計(jì)算收斂。計(jì)算時(shí)給定進(jìn)口總溫、總壓及進(jìn)口氣流角 , 出口給定背壓 , 葉輪進(jìn)出口延伸區(qū)和葉頂間隙給定周期條件 , 絕熱固體壁面給定無滑移條件，收斂標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為殘差小于10-4 。
風(fēng)機(jī)內(nèi)流場分析
風(fēng)機(jī)內(nèi)的損失主要就是泄漏和漩渦損失，本次模擬即針對離心通風(fēng)機(jī)的整機(jī)三維模擬，所模擬流場更接近實(shí)際流場，所做分析更真實(shí)可靠。本節(jié)重點(diǎn)分析了風(fēng)機(jī)內(nèi)主要的泄漏損失和漩渦損失。
1、間隙內(nèi)泄漏
離心通風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)口與集流器間有一定間隙，由于葉輪進(jìn)出口存在壓力差，從而在靠近葉輪前盤、蝸殼與集流器之間的區(qū)域，由葉輪流出的氣體有一部分經(jīng)過間隙漏回葉輪進(jìn)口的低壓區(qū)，造成內(nèi)泄漏損失。圖1為葉輪與集流器接口處的縫隙結(jié)構(gòu)示意圖。圖2和圖3形象地顯示了這一內(nèi)泄漏現(xiàn)象。由圖可見，輪蓋間隙頂端壓力高于底端壓力，氣流不斷地倒流入葉輪進(jìn)口，這部分氣體在葉輪中所獲得的能量又消耗于損失，它不斷地被壓縮和膨脹，既導(dǎo)致出口流量降低，又無益地耗功。因此，應(yīng)將間隙做得盡可能小，以減少內(nèi)泄漏。
2、蝸殼內(nèi)的漩渦分析
該風(fēng)機(jī)在最優(yōu)效率工況下,葉片展向中間截面位置的絕對速度矢量圖。從圖中看出，在蝸殼內(nèi)徑向漩渦運(yùn)動并不明顯,氣體幾乎是沿著蝸殼方向流動，這說明蝸殼內(nèi)漩渦的形成主要是由于氣體的軸向流動及葉輪出口流動對蝸殼內(nèi)流動的影響。
圖5是最優(yōu)效率工況下蝸殼相應(yīng)位置(見圖4)上的二次速度矢量分布圖。由圖5看出 , 在蝸殼內(nèi)氣流存在很強(qiáng)的漩渦流動 , 氣流以渦的形式推進(jìn)，從90°到270°再到0°隨位置角的增大氣渦經(jīng)歷了誘發(fā)、擴(kuò)展到逐漸消失流動趨于均勻的過程；這種漩渦流動是由于受葉輪出口氣流的沖擊引起的。這是由于氣流撞擊壁面而形成的漩渦 , 在蝸殼內(nèi)漩渦運(yùn)動一直存在并發(fā)展著 , 但漩渦運(yùn)動逐漸減弱。就90°截面矢量圖看，氣流由中間向兩側(cè)分流，軸向速度大于徑向速度，盤側(cè)速度大于蓋側(cè)速度，且已出現(xiàn)漩渦的雛型。在180°截面， 由于外壁曲率半徑相對增大，截面擴(kuò)壓度提高，軸向速度顯著減小。二次流誘發(fā)的漩渦已明顯可見，靠輪盤側(cè)有一大漩渦 , 而蓋側(cè)靠進(jìn)口有一小漩渦。這是因?yàn)榭勘P側(cè)較厚的輪盤尾跡擴(kuò)展影響較大，而相對較薄的輪蓋尾跡不明顯，輪盤尾跡區(qū)的低壓、低速促進(jìn)了誘導(dǎo)渦的形成和擴(kuò)大。到270°截面， 氣體能量不平衡所產(chǎn)生的能量交換過程仍在繼續(xù)，盤側(cè)大渦進(jìn)一步擴(kuò)展，幾乎在整個(gè)流道形成一個(gè)大漩渦，渦心仍偏向盤側(cè)。這里與 180°截面相似，由于曲率半徑增大，外壁面對氣流的阻滯作用減弱，軸向速度降低。到0°截面，由于曲率半徑進(jìn)一步增大，徑向擴(kuò)壓度提高，徑向分速度到蝸殼外壁已很小，外壁已不再造成沖擊倒流。徑向流動的通暢使軸向速度顯著減小。在這里氣體能量交換已漸均勻，又由于氣體數(shù)量的增多，周向分速度的增大，都使氣體流動狀態(tài)得到改善，隨通流流動向前推進(jìn)的漩渦消失。
3、蝸舌處的漩渦分析
蝸舌是離心通風(fēng)機(jī)內(nèi)部一個(gè)比較敏感的部位，其中的流動狀況相當(dāng)復(fù)雜。圖6給出了不同工況下風(fēng)機(jī)跨盤蓋中心回轉(zhuǎn)面流道蝸舌附近的速度流線分布。從圖中看出，不管在哪個(gè)工況下，由于蝸舌的存在及其對流體的擾動作用使靠近蝸舌附近的流道中形成一個(gè)漩渦。該漩渦在設(shè)計(jì)工況時(shí)相對較弱小，但在變工況時(shí)較大，特別是在小流量時(shí)，靠近蝸舌的兩個(gè)流道都存在漩渦，造成的能量損失將是很大的。同時(shí)，由于漩渦的存在和蝸舌的影響，使蝸舌間隙的有效流動通道進(jìn)一步減小，使通過蝸舌間隙的氣流偏向蝸舌一邊，惡化了間隙的流動，成為重要的噪聲源。
（1）氣體在葉輪各個(gè)流道內(nèi)壓力和速度分布各不相同，也就是說每個(gè)葉道在不同的工作位置時(shí)流動情況完全不同，這種情況是由于蝸殼的非對稱性引起的。這說明在流體流動過程中，下游的元件會對上游的流動產(chǎn)生影響。所以離心通風(fēng)機(jī)的單通道計(jì)算不能代替整機(jī)計(jì)算，而且蝸殼對葉輪出口氣體影響很大，單葉輪計(jì)算也不能代替整機(jī)計(jì)算。
（2）葉輪蓋盤、集流器與蝸殼之間的區(qū)域氣流存在很強(qiáng)的漩渦流動 , 從0°～270°隨位置角的增大氣渦經(jīng)歷了誘發(fā)、擴(kuò)展到逐漸消失流動趨于均勻的過程。這是由于受葉輪出口氣流的沖擊引起的 , 氣流沖擊方向均由蝸殼內(nèi)壁指向外壁，氣流撞擊壁面形成漩渦 , 在這一區(qū)域漩渦運(yùn)動一直存在并發(fā)展著 , 但逐漸減弱。
綜上所述,使用數(shù)值模擬方法研究離心通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場能夠方便直觀地觀察到不同工況下氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)不同位置的流動狀況的差異 , 并能夠根據(jù)需要提供詳細(xì)的數(shù)據(jù) , 為改進(jìn)和設(shè)計(jì)性能更好的風(fēng)機(jī)指明了方向。