汽車(chē)空調(diào)用離心風(fēng)機(jī)出口回流現(xiàn)象的研究摘要：離心風(fēng)機(jī)在汽車(chē)空調(diào)中得到廣泛應(yīng)用，而由于設(shè)計(jì)不當(dāng)，風(fēng)機(jī)的出口處往往會(huì)出現(xiàn)回流現(xiàn)象，這種現(xiàn)象既會(huì)影響風(fēng)機(jī)的性能同時(shí)也會(huì)增加系統(tǒng)噪聲。本文對(duì)導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：風(fēng)機(jī)超出蝸舌的高度和蝸舌側(cè)的出口擴(kuò)展角進(jìn)行了討論。對(duì)四種不同的模型進(jìn)行了CFD分析，最后提出了優(yōu)化方案。關(guān)鍵字：暴露高度出口擴(kuò)展角蝸舌與葉輪間隙前言離心風(fēng)機(jī)以其縱向尺寸小、噪聲低并能提供較大的壓頭而在空調(diào)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。汽車(chē)空調(diào)則由于充分考慮人體舒適性的要求，而無(wú)一例外的使用離心風(fēng)機(jī)作為通過(guò)蒸發(fā)器向車(chē)內(nèi)輸送空調(diào)風(fēng)的動(dòng)力。作為空調(diào)用風(fēng)機(jī)，送風(fēng)量是其必須要滿足的指標(biāo)，在這個(gè)前提下，我們還必須考慮到的要素是其工作噪聲。而由于設(shè)計(jì)不當(dāng)，大部分情況下是設(shè)計(jì)時(shí)單一的考慮了風(fēng)量或噪聲的要求，風(fēng)機(jī)在工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)出口的回流現(xiàn)象。這種出口的回流產(chǎn)生的后果主要表現(xiàn)為：一、出口面積不能充分利用，實(shí)際風(fēng)量往往不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。二、破壞送風(fēng)的均勻性，影響了蒸發(fā)器的換熱性能。三、回流氣體碰撞高速旋轉(zhuǎn)葉輪，產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲。因此，這種現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)避免。1理論背景Botros在1996年提出風(fēng)機(jī)超出蝸舌的高度H（FanExplosure）—即風(fēng)機(jī)向下游暴露的高度，將是帶來(lái)回流的主要因素，此外蝸舌側(cè)的出口擴(kuò)展角β也是重要的因素[1]。風(fēng)機(jī)超出蝸舌的高度H是由蝸舌的位置和蝸舌的半徑共同決定的，它的確定一般需要考慮到該類風(fēng)機(jī)噪聲的主要來(lái)源—蝸舌與葉輪的間隙ε[4]。出口擴(kuò)展角β對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響主要體現(xiàn)在改變風(fēng)量和壓頭，在風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)中也是重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。2研究對(duì)象本文同時(shí)考慮上述兩個(gè)幾何特性對(duì)風(fēng)機(jī)出口回流的影響。根據(jù)某企業(yè)提供的產(chǎn)品實(shí)物，建立如下四種不同的模型。A．原產(chǎn)品模型B．減小β，保持H和ε不變的模型C．減小H，保持β和ε不變的模型D．減小H和β，保持ε不變的模型并對(duì)上述四種模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，希望可以在此基礎(chǔ)上獲得離心風(fēng)機(jī)回流現(xiàn)象的一般規(guī)律。圖2原始模型（實(shí)體）A：H=47.63mmB：H=47.63mmβ=69.8°β=0°C：H=0mmβ=69.8°D：H=0mmβ=0°圖3四種不同結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型3計(jì)算及結(jié)果分析3.1建模原產(chǎn)品的幾何模型由企業(yè)提供。由于是總成圖且為shell格式，筆者在pro/e中將其作了適當(dāng)簡(jiǎn)化并重新生成實(shí)體模型，接著導(dǎo)入前處理軟件gambit中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。劃分網(wǎng)格時(shí)將流場(chǎng)區(qū)域分為兩個(gè)部分：葉輪區(qū)域和蝸殼區(qū)域。葉輪區(qū)域采用較小的網(wǎng)格尺寸單獨(dú)加密。其它模型則在原模型基礎(chǔ)上直接改動(dòng)獲得。3.2計(jì)算利用FLUENT軟件進(jìn)行數(shù)值迭代計(jì)算，湍流模型采用S-A方程，計(jì)算區(qū)域采用多參考系MRF處理——葉輪區(qū)域轉(zhuǎn)速為3000rpm。進(jìn)出口均設(shè)為壓力條件——表壓為0。3.2.1回流現(xiàn)象通過(guò)計(jì)算后的流場(chǎng)分析，不難看出A、B、C三種模型均出現(xiàn)不同程度的回流現(xiàn)象，且回流的劇烈度依次減弱。實(shí)際上C模型出口的回流已完全處于蝸舌下游，不能進(jìn)入蝸殼內(nèi)部，因而對(duì)葉輪的撞擊以及由此產(chǎn)生的噪聲均可忽略，但它對(duì)系統(tǒng)的風(fēng)量還是有較大的影響的，在下面的分析中會(huì)提到。D模型中，回流現(xiàn)象幾乎完全消失，出口截面得到充分利用，從這個(gè)角度看，它應(yīng)該是最優(yōu)設(shè)計(jì)。ABCD圖5各模型蝸舌處的流動(dòng)情況3.2.2性能本文所考慮的性能主要是風(fēng)量Q和蝸舌處?kù)o壓PS。風(fēng)量是空調(diào)用風(fēng)機(jī)最重要的指標(biāo)，任何改動(dòng)都不能在風(fēng)量上妥協(xié)。蝸舌靠近葉輪的一側(cè)是汽車(chē)空調(diào)離心風(fēng)機(jī)最大的噪聲源[4]，而該處噪聲的大小與其靜壓相關(guān)[5]，因此蝸舌處?kù)o壓也是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的特性。表1各模型的性能比較模型H(mm)β(°)ε(mm)Q(kg/s))PS(Pa)A47.6369.85.340.1696105.2B47.6300.1827117.3C069.80.1726303.0D000.1791275.6從表中可以看出，盡管C、D兩種模型可以在很大程度上消除出口的回流，而且對(duì)風(fēng)量的影響也較小，但蝸舌處的靜壓卻出現(xiàn)了比較大的變化，因而必然增大了風(fēng)機(jī)的噪聲。而如果采用B模型方案，不僅可以減弱出口回流的強(qiáng)度，而且也可以得到更大的風(fēng)量。4結(jié)論a)汽車(chē)空調(diào)離心風(fēng)機(jī)出口的回流現(xiàn)象與葉輪的暴露高度以及蝸舌側(cè)的出口擴(kuò)展角有關(guān)。b)減小葉輪的暴露高度或蝸舌側(cè)的出口擴(kuò)展角都可以在一定程度上減弱回流的強(qiáng)度。c)隨著葉輪暴露高度的減小，蝸舌處的靜壓會(huì)出現(xiàn)比較大的增量，風(fēng)機(jī)噪聲也因此大幅度提高了。d)蝸舌側(cè)出口擴(kuò)展角的變化對(duì)噪聲的影響很小，但減小該角度可以小幅提高風(fēng)機(jī)的流量。因而建議在設(shè)計(jì)汽車(chē)空調(diào)離心風(fēng)機(jī)時(shí)，蝸舌側(cè)盡量采用小的出口擴(kuò)展角（一般≤60°），而葉輪因具有一定的暴露高度（一般取D/10≤H≤D/2，D為葉輪外徑）。這樣可以在一定程度上消除回流現(xiàn)象同時(shí)又不會(huì)影響風(fēng)機(jī)的性能。參考文獻(xiàn)1MonierBibawyBotros.FLOWCHARACTERIZATIONOFCENTRIFUGALBLOWERSYSTEMSANDDEVELOPMENTOFNEWDESIGNFEATURESTOIMPROVEITSPERFORMANCE2RichardJ.Prevost.DETAILEDFLOWMEASUREMENTSWHITINTHEVOLUTEOFANAUTOMOTIVEHV