家用除濕機風道優(yōu)化設計分析

　　除濕機一般廣泛使用于南方地區(qū)的家居、圖書館、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．除濕機的應用率發(fā)展十分迅捷．未來其在家庭中的普及率會等同于空調(diào)隨著人們審美觀念的提升．當下的除濕機越來越小型化．且其外觀也頗具創(chuàng)意，新穎獨特。當然，最核心的要求還是除濕機的性能。由此便對其風道設計提出了更高的要求。基于此，本文將重點探討家用除濕機風道的優(yōu)化設計。

　　一、構(gòu)建數(shù)學模型

　　選取的家用除濕機屬于形態(tài)較小的多翼離心風機．其各項參數(shù)為：55個葉片數(shù)，葉輪外徑為195毫米，內(nèi)徑與外徑之比為0．85．進出El安裝角分別為9O。與21。首先．由于多翼離心風機具有繁雜的流態(tài)與較高的曲率．在計算時則需應用三維雷諾平均守恒方程：同時．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。且由于該風機內(nèi)部為旋轉(zhuǎn)流體流動．因此需在其一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的本體上設置好坐標系統(tǒng)．其求解方式主要應用旋轉(zhuǎn)非慣性坐標系。

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

　　最后．南于流道較為復雜．因此在劃分葉輪網(wǎng)格時則主要應用六、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。在葉尖處對網(wǎng)格予以加密處理，這樣能夠使流動分離和合流工作得以更明顯的體現(xiàn)

　　二、家用除濕機風道的優(yōu)化設計方案

　　在對家用除濕機風道開展工業(yè)沒計之前．已經(jīng)確定了其外觀、大小與尺寸，即使后期對風道予以優(yōu)化設計，上述內(nèi)容也不允許變動。由于受此要求的約束，本實驗不對蝸殼曲線予以優(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。本文共制定四個優(yōu)化設計方案．其中方案一為對產(chǎn)品進行初始優(yōu)化設計：方案二至四則均為基于風量達到規(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，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，主要不同位置為風機人口方案四基于方案二。在殼體上增設了一個槽．

　　三、優(yōu)化設計模擬方案與最終結(jié)果

　　(一)計算結(jié)果

　　對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)方案四風道優(yōu)化設計模擬結(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)過分析后發(fā)現(xiàn)其原因可能在于在對方案進行模擬時．在假設過程與計算數(shù)值過程中產(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．則對其出流狀況一定會存在較大影響而通過綜合分析后得知．方案～和方案j三中的靜壓現(xiàn)象是氣流對渦舌進行碰撞后產(chǎn)生的．南此帶來能量上的損失因此在風道優(yōu)化設計過程中需要采取對應措施．以降低由于撞擊而帶來的損失．從而促使風機效率得以顯著提升

　　(三）逆流現(xiàn)象

　　在風機中．葉輪旋轉(zhuǎn)速度非?？欤畬τ谄鋬?nèi)部產(chǎn)生的氣流則會存在吸附作用．在葉輪外部的蝸殼出1：3部位．則會存在動壓與速度的最大值。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．南此致使風量較少。與此同時．由于在出風時氣流均集中于某一側(cè)．對于流動情況產(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．渦舌處存在過大的擴張現(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)綜合評價

　　綜合上述模擬與計算結(jié)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一步證實模擬結(jié)果．利用CNC對四個模型予以有效構(gòu)建．而后開展實驗測試。結(jié)果顯示．方案一至i若風量一致．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。由于在葉輪進口位置沒有端盤．且兩側(cè)卻有較大的壓力差．由此在蝸殼內(nèi)部流體會出現(xiàn)逆流現(xiàn)象，且該現(xiàn)象頻繁存在。由于上述原因，葉輪流體能量無故損耗．風機效率自然不高。南此可知．降低泄漏量是優(yōu)化設計風道的關鍵。基于此．方案四設置了密封槽．降低了漏風量，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量．對其予以優(yōu)化設計則能夠避免靜壓一升現(xiàn)象．從而降低能耗：風機出口處有曲線．其對于回流區(qū)有較大影響．若能夠確保擴張角度滿足規(guī)定要求，則也可有效降低分離回流損失。通過對四個方案進行

　　模擬和實驗．發(fā)現(xiàn)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)。