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07-2012

家用除湿机风道优化设计(一)

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  • 2012-07-05
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 除湿机在我国南方大部分地区使用很广泛。尤其在家居、办公室、档案室、图书馆、研究室、计算机房、仓库、储藏室等要求保持一定干燥度的环境里均有配置。除湿机近年发展非常迅速,可以预计未来几年除湿机在中国家庭中的普及会同家用空调的普及。家用除湿机主要是以冷冻除湿型为主。随着人们生活水平的提高,家用除湿机向着小型化,外观造型新颖独特,低噪声方向发展。在追求高除湿性能的同时,各厂家也同时尽量把外形做的最小,这给除湿机的风道设计带来了新的挑战。
 除湿机主要包括工业和家用两种。家用除湿机基本上是采用尺寸小、噪声低的多翼离心风机。但是此种风机目前主要是借鉴工业用风机的设计方法进行设计。由于使用场合不同,工业用风机和家用除湿机用风机的设计关键不尽相同:工业用风机以提高效率为主,而家用除湿机用多翼离心风机设计的指导思想是在满足风量要求的前提下以降低噪声为主,而非提高效率。
    在过去的研究中,王嘉冰等采用逐步回归法得出了柜式空调器中多翼离心风机噪声与叶轮结构参数及风机性能参数间的近似关系式。
    目前离心风机通常使用的蜗壳型线有:对数螺旋线、阿基米德螺旋线、等边基法型线、不等边基法型线等4种型线一。采用拉丁方设计方法,针对影响多翼离心风机全压的儿个主要特征参数进行了实验研究,得出了各参数影响程度的主次关系。下面我们运用计算流体动力学和实验方法对象用除湿机风道进行研究,获得风道对除湿机风量和噪声的影响规律的。

实验步骤:
一 建模

我们实验所使用的家用除湿机的风机为一小型前向多翼离心风机,其性能参数和几何尺寸如下图:
家用除湿机离心风机的性能参数


鉴于多翼离心风机流道曲率大,流态复杂,因此计算中采用三维雷诺平均守恒N-S方程。考虑到多翼离心风机中压力,速度不是很大,可以忽略空气变化的密度。假设流动为不可压缩流动,流动中没有热量交换,不考虑能量方程,对湍流动能,湍流耗散项,动量方程都采用2阶迎风格式离散;压力-速度耦合采用PISO算法。
 多翼离心风机内的流动是典型的旋转流体流动。将坐标系统设置在旋转的风机本体上。
二 网格及边界条件

  考虑到流道形状的复杂性,对风机叶轮的网格划分采用非结构化六面体,四面体混合网络,总网格数量为52万左右,网格在叶尖部分适度加密处理以体现流动的分离和合流。进出口边界条件选定为压力边界条件,固壁边界满足无滑移条件,近壁处应用壁面函数。仿真的风机叶轮模型如图。下一篇将谈到家用除湿机风道设计的优化方案解析。


家用除湿机优化风道

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