如何提高离心通风机的叶轮（一）

离心式通风机作为流体机械的一种重要类型，广泛应用于国民经济各个部门 , 是主要的耗能机械之一，也是节能减排的一个重要研究领域。 研究过程表明 ： 提高离心通风机叶轮设计水平 , 是 提高离心通风机效率、扩大其工况范围的关键。本文将从离心通风机叶轮的设计和利用 边界层控制技术提高离心通风机叶轮性能这 两个方面，对近年来提出的 提高离心通风机性能的方法和途径 的研究进行归纳分析。

1　 离心通风机叶轮的设计方法简述

如何设计高效、工艺简单的 离心通风机一直是科研人员研究的主要问题， 设计高效叶轮叶片是解决这一问题的主要途径。

叶轮是风机的核心气动部件，叶轮内部流动的好坏直接决定着整机的性能和效率。因此国内外学者为了了解叶轮内部的真实流动状况，改进叶轮设计以提高叶轮的性能和效率，作了大量的工作。

为了设计出高效的离心叶轮 , 科研工作者们从各种角度来研究气体在叶轮内的流动规律 , 寻求最佳的叶轮设计方法。最早使用的是一元设计方法 ^[1] ，通过大量的统计数据和一定的理论分析，获得离心通风机各个关键截面气动和结构参数的选择规律。在一元方法使用的初期，可以简单地通过对风机各个关键截面的平均速度计算，确定离心叶轮和蜗壳的关键参数，而且一般叶片型线采用简单的单圆弧成型。这种方法非常粗糙，设计的风机性能需要设计人员有非常丰富的经验，有时可以获得性能不错的风机，但是，大部分情况下，设计的通风机效率低下。为了改进，研究人员对叶轮轮盖的子午面型线采用过流断面的概念进行设计^[2-3] ，如此设计出来的离心叶轮的轮盖为两段或多段圆弧，这种方法设计的叶轮虽然比前一种一元设计方法效率略有提高，但是该方法设计的风机轮盖加工难度大，成本高，很难用于大型风机和非标风机的生产。另外一个重要方面就是改进叶片设计，对于二元叶片的改进方法主要为采用等减速方法和等扩张度方法等 ^[4] ，还有 采用给定叶轮内相对速度 W 沿平均流线 m 分布 ^[5] 的方法。 等减速方法 从损失的角度考虑， 气流相对速度在叶轮流道内的流动过程中以同一速率均匀变化，能减少流动损失， 进而 提高叶轮效率 ；等扩张度方法是为了避免局部地区过大的扩张角而提出的方法。 给定的叶轮内相对速度 W 沿平均流线 m 的分布是通过控制相对平均流速沿流线 m 的变化规律，通过简单几何关系，就可以得到叶片型线沿半径的分布。以上方法虽然简单，但也需要比较复杂的数值计算。

随着计算技术的不断发展，三维粘性流场计算获得了非常大的进步，据此，有一些研究者提出了近似模型方法。该方法是 针对在工程中完全采用随机类优化方法寻优时计算量过大的问题， 应用统计学的方法， 提出的一种 计算量小、在一定程度上可以保证设计准确性的方法。在近似模型方法应用于叶轮机械气动优化设计方面 , 国内外研究者们已经做了相当一部分工作 ^[12-14] , 其中以响应面和人工神经网络方法应用居多。如何有效地将近似模型方法应用于多学科、多工况的优化问题 , 并用较少的设计参数覆盖更大的实际设计空间 , 是一个重要的课题。

随着理论研究的不断深入和设计方法的不断提高，对于 降低叶轮气动损失、改善叶轮气动性能的措施， 提高离心风机效率的研究，将会更好的应用于工程实际中。