[发明专利]一种离心风机设计优化方法

说明书

本发明提供一种离心风机设计优化方法，该方法包括，确定离心风机设计指标，其包括设计流量和设计总压，建立离心风机的空气动力学性能函数，通过优化算法使总压达到设计总压，由此确定离心风机的几何参数，从而提供满足要求的设计方案。

技术领域

本发明属于离心风机设计领域，特别涉及了一种中小型离心风机空气动力学工程优化方法。

背景技术

本发明的主要应用对象为离心风机。尤其是民用领域内如空调、空气净化器、电子设备散热器等所产品所使用的中小型离心风机。该类风机一般关注于噪音的控制，而对于效率的问题则不甚考虑。同时，相比于工业领域，该类产品往往追求外型设计，这对于其内部动力提供者——离心风机的设计造成了诸多的几何限制。依赖于流体机械相似定律的传统设计方法由于没有可以参照的成熟风机型号在此无法应用，而完成一个新型风机的空气动力学设计则完全超出了一般生产商的能力范围。大型科研单位则由于此类风机经济价值低廉，而研发费用相对较高则不愿为此付出太多精力。此外，此类多叶离心通风机的工程设计方法并不是非常成熟，经常在多次试算后才能达成设计指标，甚至无法完成设计指标，费时且费力。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种离心风机空气动力学设计方法并以计算机软件方式实现。该方法不但可以根据客户给定的通风机基础设计指标(流量、压力)迅速提供一种推荐方案，同时在存在几何约束的条件下，如限定通风机的最大叶轮外径，或者限定通风机的最大宽度，或者限定叶轮的最小内径等情形下，也可以提供满足要求的设计方案。还可以发现现有风机型号的某些不合理设计。并且，对于大型离心通风机设计，本发明也可以提供优良的初始设计，大大减少了研发费用。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种离心风机设计优化方法，包括以下步骤，

步骤1，确定离心风机设计指标：设计流量Q_n，设计总压P_n；

步骤2，建立离心风机的空气动力学性能函数：

其中，表示标准状态下该型风机的空气动力学性能参数，其包括总压Pt，静压Ps，动压p，静压效率η_s，总压效率η_i；Q为流量，n为转速，为几何参数；

步骤3，通过优化算法使总压P_t达到设计总压P_n，由此确定几何参数

其中，优化算法如下：

1)对离心风机某一几何参数g施加一个扰动δg，该几何参数g属于的某一分量；

2)获取该几何参数g的扰动产生的总压扰动δp；

3)获取梯度信息：T＝δp/δg；

4)对所述几何参数g施加增量Δg＝(P_n-P_t)/T；

5)计算施加所述增量Δg后的总压P_t；

6)重复步骤1)-5)，直至所述总压P_t达到所述设计总压P_n。

进一步地，几何参数包括，叶轮外径D2，叶片出口安装角β2，叶片出口宽度b2，叶轮内径D1，叶片入口安装角β1，叶片入口宽度b1，叶片数目Z，叶片形状，叶片厚度H。

上述空气动力学性能函数获取方式如下，

离心风机的空气动力学的工程设计表示为：

其中，P_i为通过计算得到的总压；

对于任一设计所得的几何外形，首先要通过迭代计算其实际总压：