全热换热器新风机组风道流场数值模拟优化及噪声特性研究

作     者：洪玉华 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王志毅

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：新风机组 非对称双吸前向离心风机 内部流场 数值模拟 气动噪声 

摘      要：在实现碳达峰、碳中和及追求高质量经济发展的道路上,一方面人们对室内空气品质的要求不断提高,另一方面政府也在积极倡导节能减排,这造成了改善室内空气品质与节能减排之间的矛盾。全热换热器新风机组作为解决这个矛盾的理想设备之一,具有广阔的应用前景,备受国内外的关注。与一般风道流场相比,全热换热器新风机组因全热换热器芯体和离心风机的存在使得内部流场流动状况复杂,本文主要采用数值模拟的方法,使得内部流场可视化,结合实验与理论分析结论,对全热换热器新风机组进行风道流场和噪声特性的研究,论文主要工作如下:(1)本文对全热换热器新风机组风道流场进行了简化,对单新风流域流场进行了三维稳态数值模拟分析,详细分析了机组内部流场截面处的压力场、速度场及流线分布,以及机组整体和离心风机箱体内部的速度矢量分布情况,为深入研究全热换热器新风机组风道空间的三维流动情况提供了参考依据。同时对机组出口流量进行实验测量,验证了流场模型的准确性。(2)基于稳态流场信息,提出了改变离心风机在箱体内轴向位置的结构优化方案,并进行仿真模拟,模拟结果表明,离心风机在箱体内往y轴负方向偏移20 mm是最优方案,在机组3种转速下,转速2472 r/min下流量提高最多,为16 m/h,提高了10.5%。并将模拟得到的优化方案流场与原型流场进行比较,分析机组流量提高的原因:优化方案使得叶轮蜗舌附近高静压区域减小,近蜗舌区域流道上的流动分离减少,同时叶轮进口处区域低压区的压力相对更低,更便于气流被吸进入叶轮流道内部;平衡风机两叶轮入口处的气流,使得气流速度沿轴向分布更加均匀,中心区域低速区面积减小;箱体内整体涡旋范围得到了有效控制,箱体左侧入口处的涡旋基本消除,减少了涡流损失。(3)本文在离心风机在箱体内往y轴负方向偏移20 mm结构优化方案基础上提出添加导流片来改善离心风机入口气流的均匀性,设计四种不同偏转方向的导流片,仿真模拟结果显示采用混合偏转方向的导流片能提高机组流量最多,与未采用导流片的机组流量相比,转速2582 r/min下流量增加最多,为5 m/h,提高了2.8%。分析未采用导流片和分别采用四种导流片机组的流场,发现采用混合导流片的机组离心风机箱体入口面处气流沿x轴正方向速度分量最大,有利于气流进入箱体,同时离心风机箱体入口处均匀性较未添加导流片机组也有所提高。(4)对全热换热器新风机组气动声源进行理论分析,将偶极子声源作为主要气动声源。对机组进行噪声实验测试,测点处噪声在中低频段有较大的声压级。采用Fluent宽频噪声模型得出机组表面的偶极子声源分布,三个转速下机组内部最大表面声功率级出现在离心风机叶轮表面,并且采取两种优化措施后的机组最大表面声功率级要小于机组原型。以叶轮表面为噪声源,开启FW-H方程的声比拟模型计算得到测点处的噪声频谱与噪声声压级,声压级数值与实验相接近,优化后的机组测点噪声声压级低于机组原型。