整机压力云图分布
通过Fluent 软件对掘进工作面离心风机进行流场数值模拟，模拟得出在同流量下，加米字集流器和普通集流器离心风机压力云图可以看出，风机静压从进口至出口逐渐增大，在蜗壳外达到较大。加米字集流器风机进口静压明显高于普通集流器离心风机， 其较大静压达到2 510 Pa，普通集流器达到1 440 Pa；加米字风机的全压较大可达5 860 Pa，
管道离心风机
整机压力云图分布
通过Fluent 软件对掘进工作面离心风机进行流场数值模拟，模拟得出在同流量下，加米字集流器和普通集流器离心风机压力云图可以看出，风机静压从进口至出口逐渐增大，在蜗壳外达到较大。加米字集流器风机进口静压明显高于普通集流器离心风机， 其较大静压达到2 510 Pa，普通集流器达到1 440 Pa；加米字风机的全压较大可达5 860 Pa，而普通集流器较大达到4 260 Pa。管道离心风机流体的数学模型粉尘流体在风机中流动的物理条件较为复杂，影响因素较多，因此在离心风机的数值计算中，假设流体为连续等温不可压缩的牛顿流体稳态运动而且各组分之间没有化学反应。
管道离心风机集流器的压力用Tecplot 软件对模拟结果进行后处理，可以对离心风机集流器的受压进行对比分析。加米字形集流器和普通圆弧形集流器内部流场受压分布所示， 管道离心风机米字形集流器入口压力为-8 000 Pa，到集流器出口达到-18 000 Pa，压差10 000 Pa；普通圆弧形集流器入口压力为-8 000 Pa，到集流器出口达到-16 000 Pa，压差8 000 Pa，小于米字形集流器。同时也可以看出，加米字形集流器压力梯度变化趋势比普通圆弧形集流器平缓，对稳定进口气流，保证气流的均匀及稳定有更明显的作用。通过试验证明相对于周向蜗板加装消声材料，风机后盖板加装消声材料消声效果明显，且结构简单、制造方便风机压力损失小。
消声蜗壳对管道离心风机气动性能的影响原风机与不同消声组合试验所得的气动性能对比如图3 所示。试验结果表明: 由于穿孔板相对于光滑的铝板有着较高的壁面摩擦阻力，导致加装穿孔板后的风机压力和效率在整个测试工况范围内都有不同程度的降低。消声蜗壳为A组合形式时与原风机的出口A声级随流量变化的对比图。4种消声组合方式的压力损失并不相同，当额定转速为3 800 r /min，在设计工况下，A 组合改进风机全压降低了约16．0 Pa，效率下降了约1．28%; B 组合改进风机全压降低了约5．0 Pa，管道离心风机效率下降了约0．9%; C 组合改进风机全压降低了约36．8 Pa，效率下降了约3．18%; D 组合改进风机全压降低了约45．8 Pa，效率下降了约3．28%。
主要由于安装穿孔板的面积不同，导致不同消声组合方式的摩擦损失不同。B 组合即只在风机后盖板上安装穿孔板，风机压力损失小。不同工况下，风机压力和效率损失也不相同，在设计工况及偏大流量工况下，管道离心风机压力和效率损失较大，效率也同步降低。主要原因是大流量工况下，蜗壳内部气流速度较高，气流与穿孔板之间的摩擦损失增加。消声蜗壳为A 组合形式时与原风机的出口A声级随流量变化的对比图。在125～500Hz频段之间，风机A声级有所增大，原因是后盖板加上消声材料后，叶轮轴向安装长度加长引起低频电机振动，噪声增加。可以看出，不同工况下，A 型消声蜗壳的降噪效果不同，管道离心风机在额定工况点附近，降噪效果好; 在大流量工况下，降噪效果变差，这主要因为大流量情况下，蜗壳内气体流速较大，而气体流速对吸声材料的吸声效果影响很大; 在小流量工况下，风机流动恶化，风机振动较大，导致振动噪声很大以致降噪效果反而变差。与原风机相比，在额定工况点A 声级降低约4．5 dB( A) ，在大流量工况下，A 声级降低约3．6 dB( A) ，在小流量工况下，A 声级降低约1．9 dB( A) 。
管道离心风机性能试验原理及其装置为了验证修正后数值计算模型的准确度，对原风机的不同工况气动性能试验。将修正前后数值计算模型预测原型机性能结果与试验值作对比分析，由数据可知，采用标准k-ε 模型预测的风机性能曲线较试验值存在一定误差，其较大误差值达9.5%，修正的k-ε 模型，各流量工况下管道离心风机出口静压计算值与试验值吻合，其性能曲线趋于重合，两者误差值明显减小，且较大误差降低至3%，充分验证了所采用的数值计算模型修正方法的可行性，同时为下文管道离心风机性能的准确度和可靠性预测提供支撑。设计原理分析原风机蜗壳内壁型线采用的是传统蜗壳型线设计方法，即不考虑壁面粘性摩擦的影响，气流动量矩保持不变，运用不等边基圆法绘制的近似阿基米德螺旋线。金属叶轮是离心风机的重要组成部分，在一定程度上决定着离心风机的性能。而实际流动过程中，气体粘性作用常导致其速度在过流断面上呈现的分布不均匀现象。
对于低速小型多翼离心风机而言，由于气体流道狭窄，受粘性作用的影响，风机内壁面边界层分离加剧，经过叶轮加速的气体流速沿蜗壳径向方向逐渐减小，而在管道离心风机蜗壳出口处，由于同时受到蜗舌结构和蜗壳壁面的影响，其流速为管道流速度分布，受粘性作用的影响，蜗壳内流体于整个流道空间内呈现速度分布不均匀的现象，因此在实际流动过程中，流体动量矩并不是不变的，而是随流动的进行不断减小，故基于动量矩守恒定律设计的传统蜗壳型线存在动量修正的必要。改型设计方法由于气体粘性力无法通过简单的公式运算获得，且其大小受气体速度的影响，因此本文采用一种简单化的求解方法，即基于传统不等边基圆法，管道离心风机运用改进后的k-ε 模型对原风机进行数值模拟，设置如图8 所示的4 个监测截面，其方位角φ 分别为90°、180°、270°、360°。集流器的结构形式对气流的流动损失以及金属叶轮的平稳运行都有很大影响，因此对集流器的结构优化是非常重要的。通过Fluent 后处理计算得出蜗壳壁面区域于以上4 个截面处所受粘性力大小Fν ，测量力矩中心至力原点距离R，由额定工况下风机总质量流量q 计算得单位质量流体所受黏性力矩平均值m FR / q。
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