家用除濕機風(fēng)道優(yōu)化設計分析

家用除濕機風(fēng)道優(yōu)化設計分析

　　除濕機一般廣泛使用于南方地區的家居、圖書(shū)館、儲藏室、檔案管理室或者辦公室等對干燥度要求較高的環(huán)境中。近年來(lái)．除濕機的應用率發(fā)展十分迅捷．未來(lái)其在家庭中的普及率會(huì )等同于空調隨著(zhù)人們審美觀(guān)念的提升．當下的除濕機越來(lái)越小型化．且其外觀(guān)也頗具創(chuàng )意，新穎獨特。當然，最核心的要求還是除濕機的性能。由此便對其風(fēng)道設計提出了更高的要求?；诖?，本文將重點(diǎn)探討家用除濕機風(fēng)道的優(yōu)化設計。

　　一、構建數學(xué)模型

　　選取的家用除濕機屬于形態(tài)較小的多翼離心風(fēng)機．其各項參數為：55個(gè)葉片數，葉輪外徑為195毫米，內徑與外徑之比為0．85．進(jìn)出El安裝角分別為9O。與21。首先．由于多翼離心風(fēng)機具有繁雜的流態(tài)與較高的曲率．在計算時(shí)則需應用三維雷諾平均守恒方程：同時(shí)．其并不具備較大的壓力與速度．因此空氣密度可以直接忽略。且由于該風(fēng)機內部為旋轉流體流動(dòng)．因此需在其一直處于旋轉狀態(tài)的本體上設置好坐標系統．其求解方式主要應用旋轉非慣性坐標系。

　　其次．定義邊界條件．其旋轉區域為葉輪所在位置，坐標系則使用的是多重旋轉：剩余區域則均為靜止區，坐標系也使用的是靜止的．而原點(diǎn)位置則在蝸殼后蓋板中心．進(jìn)風(fēng)口對應于Z軸指向．旋轉壁面則是I1-P片與后盤(pán)外的表面，且旋轉、靜止壁面均要達到無(wú)滑移要求計算域流體進(jìn)出El位置則主要是風(fēng)機進(jìn)氣El’與蝸殼的進(jìn)出口截面進(jìn)口邊界條件定義為壓力．出口邊界條件則定義為負進(jìn)口速度．若要計算速度．則需先計算出額定風(fēng)量與截面面積

　　最后．南于流道較為復雜．因此在劃分葉輪網(wǎng)格時(shí)則主要應用六、四面體的非結構混合網(wǎng)格，依據方案的不同，總網(wǎng)格數也存在差異．但均約為52萬(wàn)。在葉尖處對網(wǎng)格予以加密處理，這樣能夠使流動(dòng)分離和合流工作得以更明顯的體現

　　二、家用除濕機風(fēng)道的優(yōu)化設計方案

　　在對家用除濕機風(fēng)道開(kāi)展工業(yè)沒(méi)計之前．已經(jīng)確定了其外觀(guān)、大小與尺寸，即使后期對風(fēng)道予以?xún)?yōu)化設計，上述內容也不允許變動(dòng)。由于受此要求的約束，本實(shí)驗不對蝸殼曲線(xiàn)予以?xún)?yōu)化設計．而唯一具備優(yōu)化設計可行性的則是出13渦舌部位。本文共制定四個(gè)優(yōu)化設計方案．其中方案一為對產(chǎn)品進(jìn)行初始優(yōu)化設計：方案二至四則均為基于風(fēng)量達到規定要求的前提下使得噪聲最小。在方案一中，其渦舌部位的半徑為5毫米，方案二至四的渦舌半徑相比方案一則略長(cháng)，均為7毫米。而在喉部位置，其直徑則逐漸增加雖然半徑一樣但是方案二和方案四還是存在差異，主要不同位置為風(fēng)機人口方案四基于方案二。在殼體上增設了一個(gè)槽．

　　三、優(yōu)化設計模擬方案與最終結果

　　(一)計算結果

　　對于方案一至方案四分別予以數值結算結果發(fā)現方案四風(fēng)道優(yōu)化設計模擬結果與方案二存在極大的相似性．且很難體現于數值層面經(jīng)過(guò)分析后發(fā)現其原因可能在于在對方案進(jìn)行模擬時(shí)．在假設過(guò)程與計算數值過(guò)程中產(chǎn)生了誤差

　　(二）靜壓現象

　　基于靜態(tài)壓力分布情況．發(fā)現方案一和方案l一都存在在面積較小的區域中靜壓高的現象．而在方案二中則并沒(méi)有哪些區域出現靜壓上升現象。一般而言．若有靜壓存在．則對其出流狀況一定會(huì )存在較大影響而通過(guò)綜合分析后得知．方案～和方案j三中的靜壓現象是氣流對渦舌進(jìn)行碰撞后產(chǎn)生的．南此帶來(lái)能量上的損失因此在風(fēng)道優(yōu)化設計過(guò)程中需要采取對應措施．以降低由于撞擊而帶來(lái)的損失．從而促使風(fēng)機效率得以顯著(zhù)提升

　　(三）逆流現象

　　在風(fēng)機中．葉輪旋轉速度非?？欤畬τ谄鋬炔慨a(chǎn)生的氣流則會(huì )存在吸附作用．在葉輪外部的蝸殼出1：3部位．則會(huì )存在動(dòng)壓與速度的最大值。在方案一中．由于受到喉部尺寸的約束．出口部位的阻力也較大．這種現象導致一部分游離于渦舌上游葉片出口部位的氣流又流回至葉輪進(jìn)1：3部位．因此在這一區域中有出El逆流現象．南此致使風(fēng)量較少。與此同時(shí)．由于在出風(fēng)時(shí)氣流均集中于某一側．對于流動(dòng)情況產(chǎn)生了不利影響．惡化后噪聲得到極大程度的增加。而在方案中．渦舌處存在過(guò)大的擴張現象．致使蝸殼內部壓力超出了葉輪所能承受壓力的極限值．從而在葉道內出現氣流缺少的現象．難以將葉輪出1：3部位的逆向壓力予以有效克服．由此便出現回流現象．增加分離損失．致使氣流集中于某一側。

　　(四)綜合評價(jià)

　　綜合上述模擬與計算結果．能夠初步認定可行性與效果均較為優(yōu)越的為方案二為了進(jìn)一步證實(shí)模擬結果．利用CNC對四個(gè)模型予以有效構建．而后開(kāi)展實(shí)驗測試。結果顯示．方案一至i若風(fēng)量一致．則噪聲不高．功能消耗則處于方案一與方案三之間。對于方案二而言，其功能消耗則接近于最初設計方案。由于在葉輪進(jìn)口位置沒(méi)有端盤(pán)．且兩側卻有較大的壓力差．由此在蝸殼內部流體會(huì )出現逆流現象，且該現象頻繁存在。由于上述原因，葉輪流體能量無(wú)故損耗．風(fēng)機效率自然不高。南此可知．降低泄漏量是優(yōu)化設計風(fēng)道的關(guān)鍵?；诖耍桨杆脑O置了密封槽．降低了漏風(fēng)量，功能損耗現象與噪聲均得到了優(yōu)化，效果更好。

　　綜上所述，可知渦舌部位半徑能夠影響噪音與風(fēng)量．對其予以?xún)?yōu)化設計則能夠避免靜壓一升現象．從而降低能耗：風(fēng)機出口處有曲線(xiàn)．其對于回流區有較大影響．若能夠確保擴張角度滿(mǎn)足規定要求，則也可有效降低分離回流損失。通過(guò)對四個(gè)方案進(jìn)行

　　模擬和實(shí)驗．發(fā)現方案二的效果較好．而方案四在方案二的基礎上設置了密封槽，其效果則更優(yōu)。