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离心通风机气体流动的流体力学分析
摘要:本文从流体力学的角度进行了详尽的分析研究，介绍了风机的选型对抽风量的影响，探讨了管路系统中的摩擦阻力、局部阻力、风管直径大小、弯头的曲率半径等对风量风压的影响； 同时介绍了离心风机特性、 抽风系统的管网特性，管网中实际阻力与风机额定风压及风量的关系；应用计算流体力学软件 FLUENT 对4-73 №10D离心式通风机部的三维气体流动进行了数值模拟分析，重点分析了各个部分的压强和速度分布。
关键词：管网特性；离心式通风机；三维数值模拟；压力场；流场
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1 引言
由于通风机流场的试验测量存在许多难，使得数值模拟成为研究叶轮机械流场的一种重要手段。随着计算流体力学和计算机的快速发展，流体机械的部流场研究有了很大的进展，从二维、准三维流动发展到全三维流动。Guo和Kim用定常和非定常的三维RANS方法分析了前向离心通风机流动情况；Carolus和Stremel通过CFX针对风机进风处的湍流分析得出压强和噪声的关系；Meakhail 等利用PIV试验方法和CFX模拟相结合的方法对叶轮区域进行了分析。但是很多的研究者都是选取某一个流道或单元作为研究对象，从而忽略了蜗壳的非对称性导致流动的非轴对称性，或者把实际风机模型简化无法得到真正的部流场。本文运用商
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业软件 FLUENT6. 3，对4-73№10D离心式通风机在设计工况下进行定常三维流动数值模拟，捕捉部流动现象，揭示风机流动实际情况，为风机的进一步改进，扩大运行工况提供理论依据。
2 抽风系统的流体力学分析
2.1 摩擦阻力对抽风量和风压的影响
空气沿通风管道流动时会产生两类阻力，一是由空气和管壁间的摩擦所造成的摩擦阻力（又称沿程阻力）；二是空气经过风管某些部件（如弯头、三通、吸风罩、蝶阀等）时发生方向和速度的变化以及产生涡流等原因而产生的局部阻力。圆形风管单位长度的摩擦阻力可按下式计算：
Pmr????D2
式中： P mr ——圆形风管单位长度的摩擦阻力，Pa/m； λ —— 摩擦阻力系数；
ν —— 风管空气平均流速，m/s； ρ —— 空气的密度，kg/m3； D —— 圆形风管的直径，m。
在计算这两类阻力时，通常是按照层流状态来取摩擦阻力系数λ的，这时，沿程的压力损失与空气流速的一次方成正比，当流速增大超过临界流速Re＝2 300 时，风管的空气流型变为紊流状态，则管沿程的压力损失与空气流速的 1.75～2.0次方成正比，也就是说，沿程阻力增加了近1倍。
通常把风管壁看作是水力光滑管，即管壁的绝对粗糙度K＝0.1 mm来计算的，而实际上，使用一段时间后，风机叶轮、风管、弯头、伞形抽风罩、折流板气水分离器等处壁沾满了油漆，这时风管壁已经变成了水力粗糙管（或称阻力平
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