家用除濕機(jī)風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

　　除濕機(jī)一般廣泛使用于南方地區(qū)的家居、圖書(shū)館、儲(chǔ)藏室、檔案管理室或者辦公室等對(duì)干燥度要求較高的環(huán)境中。近年來(lái)．除濕機(jī)的應(yīng)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(diào)隨著人們審美觀念的提升．當(dāng)下的除濕機(jī)越來(lái)越小型化．且其外觀也頗具創(chuàng)意，新穎獨(dú)特。當(dāng)然，最核心的要求還是除濕機(jī)的性能。由此便對(duì)其風(fēng)道設(shè)計(jì)提出了更高的要求?；诖耍疚膶⒅攸c(diǎn)探討家用除濕機(jī)風(fēng)道的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　一、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

　　選取的家用除濕機(jī)屬于形態(tài)較小的多翼離心風(fēng)機(jī)．其各項(xiàng)參數(shù)為：55個(gè)葉片數(shù)，葉輪外徑為195毫米，內(nèi)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(jī)具有繁雜的流態(tài)與較高的曲率．在計(jì)算時(shí)則需應(yīng)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(jī)內(nèi)部為旋轉(zhuǎn)流體流動(dòng)．因此需在其一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的本體上設(shè)置好坐標(biāo)系統(tǒng)．其求解方式主要應(yīng)用旋轉(zhuǎn)非慣性坐標(biāo)系。

　　其次．定義邊界條件．其旋轉(zhuǎn)區(qū)域?yàn)槿~輪所在位置，坐標(biāo)系則使用的是多重旋轉(zhuǎn)：剩余區(qū)域則均為靜止區(qū)，坐標(biāo)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(duì)應(yīng)于Z軸指向．旋轉(zhuǎn)壁面則是I1-P片與后盤(pán)外的表面，且旋轉(zhuǎn)、靜止壁面均要達(dá)到無(wú)滑移要求計(jì)算域流體進(jìn)出El位置則主要是風(fēng)機(jī)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(fù)進(jìn)口速度．若要計(jì)算速度．則需先計(jì)算出額定風(fēng)量與截面面積

　　最后．南于流道較為復(fù)雜．因此在劃分葉輪網(wǎng)格時(shí)則主要應(yīng)用六、四面體的非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格，依據(jù)方案的不同，總網(wǎng)格數(shù)也存在差異．但均約為52萬(wàn)。在葉尖處對(duì)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(xiàn)

　　二、家用除濕機(jī)風(fēng)道的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

　　在對(duì)家用除濕機(jī)風(fēng)道開(kāi)展工業(yè)沒(méi)計(jì)之前．已經(jīng)確定了其外觀、大小與尺寸，即使后期對(duì)風(fēng)道予以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，上述內(nèi)容也不允許變動(dòng)。由于受此要求的約束，本實(shí)驗(yàn)不對(duì)蝸殼曲線(xiàn)予以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)．而唯一具備優(yōu)化設(shè)計(jì)可行性的則是出13渦舌部位。本文共制定四個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案．其中方案一為對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行初始優(yōu)化設(shè)計(jì)：方案二至四則均為基于風(fēng)量達(dá)到規(guī)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(zhǎng)，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(jī)人口方案四基于方案二。在殼體上增設(shè)了一個(gè)槽．

　　三、優(yōu)化設(shè)計(jì)模擬方案與最終結(jié)果

　　(一)計(jì)算結(jié)果

　　對(duì)于方案一至方案四分別予以數(shù)值結(jié)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)方案四風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計(jì)模擬結(jié)果與方案二存在極大的相似性．且很難體現(xiàn)于數(shù)值層面經(jīng)過(guò)分析后發(fā)現(xiàn)其原因可能在于在對(duì)方案進(jìn)行模擬時(shí)．在假設(shè)過(guò)程與計(jì)算數(shù)值過(guò)程中產(chǎn)生了誤差

　　(二）靜壓現(xiàn)象

　　基于靜態(tài)壓力分布情況．發(fā)現(xiàn)方案一和方案l一都存在在面積較小的區(qū)域中靜壓高的現(xiàn)象．而在方案二中則并沒(méi)有哪些區(qū)域出現(xiàn)靜壓上升現(xiàn)象。一般而言．若有靜壓存在．則對(duì)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(xiàn)象是氣流對(duì)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(shè)計(jì)過(guò)程中需要采取對(duì)應(yīng)措施．以降低由于撞擊而帶來(lái)的損失．從而促使風(fēng)機(jī)效率得以顯著提升

　　(三）逆流現(xiàn)象

　　在風(fēng)機(jī)中．葉輪旋轉(zhuǎn)速度非常快．對(duì)于其內(nèi)部產(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(xiàn)象導(dǎo)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(qū)域中有出El逆流現(xiàn)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(cè)．對(duì)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(kuò)張現(xiàn)象．致使蝸殼內(nèi)部壓力超出了葉輪所能承受壓力的極限值．從而在葉道內(nèi)出現(xiàn)氣流缺少的現(xiàn)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(xiàn)回流現(xiàn)象．增加分離損失．致使氣流集中于某一側(cè)。

　　(四)綜合評(píng)價(jià)

　　綜合上述模擬與計(jì)算結(jié)果．能夠初步認(rèn)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(jié)果．利用CNC對(duì)四個(gè)模型予以有效構(gòu)建．而后開(kāi)展實(shí)驗(yàn)測(cè)試。結(jié)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(duì)于方案二而言，其功能消耗則接近于最初設(shè)計(jì)方案。由于在葉輪進(jìn)口位置沒(méi)有端盤(pán)．且兩側(cè)卻有較大的壓力差．由此在蝸殼內(nèi)部流體會(huì)出現(xiàn)逆流現(xiàn)象，且該現(xiàn)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(jī)效率自然不高。南此可知．降低泄漏量是優(yōu)化設(shè)計(jì)風(fēng)道的關(guān)鍵。基于此．方案四設(shè)置了密封槽．降低了漏風(fēng)量，功能損耗現(xiàn)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(duì)其予以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)則能夠避免靜壓一升現(xiàn)象．從而降低能耗：風(fēng)機(jī)出口處有曲線(xiàn)．其對(duì)于回流區(qū)有較大影響．若能夠確保擴(kuò)張角度滿(mǎn)足規(guī)定要求，則也可有效降低分離回流損失。通過(guò)對(duì)四個(gè)方案進(jìn)行

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