一种离心风机设计优化方法技术

本发明专利技术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。

A centrifugal fan design optimization method

The invention provides a design optimization method for centrifugal fan, which includes determining the design index of centrifugal fan, including design flow rate and design total pressure, establishing aerodynamic performance function of centrifugal fan, making total pressure reach design total pressure through optimization algorithm, thereby determining geometric parameters of centrifugal fan, and thus providing. Meet the requirements of the design.

【技术实现步骤摘要】
一种离心风机设计优化方法
本专利技术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。
技术介绍
本专利技术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。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术的技术方案为：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Qn，设计总压Pn；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ηs，总压效率ηi；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Pt达到设计总压Pn，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＝(Pn-Pt)/T；5)计算施加所述增量Δg后的总压Pt；6)重复步骤1)-5)，直至所述总压Pt达到所述设计总压Pn。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，Pi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：其中，i＝0,1,2…；初始条件：P0＝Pn；当迭代计算满足退出条件：时(ε为一小量，工程上取ε＝0.001即可满足要求。有时甚至可放宽至3％～1％)，即认为该计算收敛，从而获得了该外形下空气动力学性能函数：进一步地，在预设转速n下，通过所述优化算法，调整叶片出口宽度b2以实现所述设计指标。进一步地，限定叶片等宽b1＝b2，并预设转速n下，通过所述优化算法，调整叶轮外径D2以达到所述设计指标。进一步地，限定叶片等宽b1＝b2，并限定最大叶轮外径D2及最大转速下，通过所述优化算法，调整叶片出口角β2以达到所述设计指标。本专利技术主要具有以下的技术优点：(1)对于几何外形确定的多叶离心风机，通过计算机程序实现了一种快速估算其气动性能的工程方法。该方法在精度上优于传统的工程方法，同时在计算代价上远小于采用CFD(计算流体动力学)的方式。(2)在给定的设计指标：流量Q，总压P，在预设转速RPM下，通过最优化算法，自动调整叶片出口宽度b2以实现设计指标。(3)在给定的设计指标：流量Q，总压P，限定叶片等宽(b1＝b2)，在预先设定的转速RPM下，通过最优化算法，自动调整叶轮外径D2以达到设计指标。(4)在给定的设计指标：流量Q，总压P，限定叶片等宽(b1＝b2)，并限定最大叶轮外径及最大转速，通过最优化算法，自动调整叶片出口角β2以逼近设计指标。附图说明图1为表示本专利技术的离心风机空气动力学略图。图2为本专利技术的通用离心风机的设计流程图。图3为本专利技术的多叶离心风机的设计流程图。图4为本专利技术的调整离心风机叶片出口宽度的设计流程图。图5为本专利技术的调整离心风机叶轮外径的设计流程图。图6为本专利技术的调整离心风机叶片出口安装角的设计流程图。具体实施方式下面结合附图实施例对本专利技术作进一步说明，对本专利技术的实施例所涉及的离心风机设计方案进行详细说明，但这些说明不构成对本专利技术的保护范围的限制。图1为表示本专利技术的离心风机空气动力学略图。其主要的设计指标包括：·流量Q(单位：m3/h)·总压Pt(单位：Pa)与空气动力学性能相关的几何参数主要包括：·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·进风口直径D0·叶片入口安装角β1·叶片入口宽度b1·叶片数目Z·叶片形状(简单的圆弧叶片用半径Rc及弧心角α表示)·叶片厚度δ(机翼型叶片使用迎风面及背风面坐标表示)离心风机的空气动力学性能可以表示为函数：表示标准状态下该型风机的空气动力学性能参数(包括总压Pt，静压Ps,动压p,静压效率ηs，总压效率ηi等)。n即转速RPM。对离心风机叶轮进行优化设计，其空气动力学性能计算模型如下：本专利技术的离心风机的空气动力学的工程设计可以表示为：其中Qn为设计流量，Pn为设计总压，或目标压力。n为转速，为几何参数，P为通过计算得到的总压，其值可能与目标压力不一致。由此看出，对于任一根据工程经验设计所得的几何外形，首先要通过迭代计算其实际总压：其中，i＝0,1,2…；初始条件：P0＝Pn；当迭代满足退出条件时，即认为该计算收敛，从而获得了该外形下的气动性能：一般而言，此时得到的总压Pt与目标压力Pn并不一致。传统设计方法通过调整几何参数，并经过多次试算后才可能达到一个比较满意的结果。本专利技术则采用优化算法在各种不同的设计约束下来达到设计目标。使用优化算法的基本思路如下：1)首先，对某一几何参数g(属于的某一分量)施加一个扰动(微小增量)δg；2)该几何扰动产生的总压扰动(微小的增量或减量)为δp；3)据此获得了当前几何构型(设计状态)下的梯度信息：T＝δp/δg；4)对该几何参数施加增量Δg＝(Pn-Pt)/T；5)计算新的几何构型下的气动性能其中包括总压Pt；6)重复1)～5)，直至总压Pt达到设计总压Pn。实施例一(图2)图2为表示本专利技术的实施例一所涉及的通用离心风机的设计流程图。如图2所示，通用离心风机的设计流程具体步骤如下：步骤1，确定离心风机设计流量Qn(m3/s)和设计总压Pn(Pa)；步骤2，设定转速RPM；步骤3，计算比转速ns；步骤4，预选压力系数ψ；步骤5，确定出口安装角β2；步骤6，确定叶轮外径D2；步骤7，设计进风口直径D0；步骤8，确定叶轮内径D1；步骤9，确定入口宽度b1；步骤10，确定入口安装角β1；步骤11，优选叶片数Z；步骤12，确定出口宽度b2；步骤13，验证总压Pt；步骤13，设计轮盖与蜗壳；最后，结束离心风机的设计流程。实施例二(图3)图3为表示本专利技术的实施例二所涉及的多叶离心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离心风机设计优化方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，确定离心风机设计指标：设计流量Qn，设计总压Pn；步骤2，建立离心风机的空气动力学性能函数：

【技术特征摘要】
1.一种离心风机设计优化方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，确定离心风机设计指标：设计流量Qn，设计总压Pn；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ηs，总压效率ηi；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Pt达到设计总压Pn，由此确定几何参数2.根据权利要求1所述的离心风机设计优化方法，其特征在于：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δ。3.根据权利要求2所述的离心风机设计优化方法，其特征在于：所述优化算法包括以下步骤：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＝(Pn-Pt)/T；5)计算施加所述增量Δg后的总压Pt；6)重复步骤1)-5)，直至所述总压Pt达到所述设计总压Pn。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦晓龙，
申请(专利权)人：北京龙度风科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11