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空调用贯流风扇内部流场可视化及流速分布的研究

1 引言 近年来随着家用、车用空调被广泛使用，空调机的小型化开始受到人们的重视。贯流风扇由于结构紧凑，在体积上相对其它形式的风扇有很大优点，同时在尺寸较小的情况下比轴流和离心风扇的效率高。因此，它被越来越多的空调生产厂家所关注。采用这种风扇的空调可以把气体以无涡旋的形式深深吹到空间或房间中去，另外这种风扇轴向可以很长，所以风量大而且送风均匀。到目前为止，各国尤其是日本及欧美国家对贯流风扇内部流动已经进行了很多研究，但多数研究都是在不设置热交换器的情况下进行的。贯流风扇应用于空调后，风扇入口处要安装热交换器，所以对装有热交换器的贯流风扇进行研究更具有实际意义。搞清有、无热交换器条件下贯流风扇内部流场情况以及流动特征，将会对改进风扇性能以及进一步的理论分析提供有力的证据。

本文是在壳体和舌片形状与位置不变的条件下，通过对贯流风扇内部流动的可视化以及激光多普勒流速计(若放大器输出电压不稳定LDV)等先1家主流的德国汽车制造商刚刚又采购了1台新的康隆(Cannon)E-System 5 Enhanced装备进的实验手段，在有无、热交换器、叶轮叶片倾角等条件改变的情况下，详细地对贯流风扇入口区域、叶轮内部区域的流动特征及速度分布情况进行实验研究和总结。 2 实验装置及实验方法 研究对象是日本某电器公司提供的型材贯流风扇。图1为实验用贯流风扇样机(安装有热交换器)简图。叶轮外径95mm、内径70mm(内外径比为0.7可提供用于原型制作37)、全长217mm。叶轮的35枚叶片是等间隔分布，整个叶轮由2块环形板分为三部分，回转轴安装于侧板上。叶片为1mm厚的圆弧叶片，叶片倾角α是圆弧叶片两端连线与叶片外端和回转轴中心连线的夹角。实验用叶轮共5种，其它尺寸相同，叶片倾角分别为19°、24°、26°、29°、34°。实验测定点坐标系是以叶轮回转轴轴心为圆心。为以下讨论问题方便，建立如图2所示以叶轮回转中心为圆点的极坐标系。图1 贯流风扇(设置热交换器)图2 极坐标系 贯流风扇内部流动可视化实验，是通过激光幕法，利用干冰升华产生的白色二氧化碳作为示踪粒子，用摄象机进行图象记录。贯流风扇内部流速测定实验，是通过LDV对贯流风扇内部流场各点的速度大小和方向进行测量，从而绘制出贯流风扇内部流动的速度矢量图。 3 实验结果与分析 3.1 贯流风胶鞋扇内部流动的可视化 图3、4为3种研磨介质不同叶轮叶片倾角的条件下贯流风扇内部流动可视化图象。图中白色部分为气体粒子的流动轨迹，实验中叶轮转速N=1300r/min，由可视化图象可以看出：图3 贯流风扇内部流场可视化图象(设置热交换器)图4 贯流风扇内部流场可视化图象(未设置热交换器) 3.1.1 气体流入区域

在该区域的气体流动方向有3种：(1)指向叶轮回转轴心；(2)与叶轮回转方向相同；(3)与叶轮回转方向相反。也就是说，在该区域气体流入叶轮的流量分布是不均匀的，存在主要流入区域。设置热交换器的场合，叶轮叶片倾角α=24°时，气体主要流入区域范围最大(主要流入区域范围夹角约140°)；α=34°时，气体主要流入区域范围最小(主要流入区域范围夹角约50°)。未设置热交换器的场合，α=24°时，气体主要流入区域范围最大(乌兰察布主要流入区域范围夹角约160°)；α=19°时，气体主要流入区域范围最小(主要流入区域范围夹角约85°)。

3.1.2 叶轮内部区域

无论叶片倾角是多少，叶轮内部总存在只有少量气体粒子流动的区域，这是由于这个区域有偏心涡流存在。从实验结果可知，无论是否设置热交换器，这个偏心涡流在α=24°时区域面积最小，设置热交换器在α=19°时区域面积最大，未设置热交换器在34°时区域面积最大。另外偏心涡流的涡心位置随α的增大，从叶轮回转轴下侧向回转轴右侧移动。

3.1.3 气体流出区域

气体粒子由叶轮流出后，在壳体与导流板之间