以6-51風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，利用NUMECA 軟件對(duì)其葉片進(jìn)行開縫數(shù)值模擬，結(jié)果表明，開縫對(duì)風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)有一定優(yōu)化作用，并依據(jù)葉輪流場(chǎng)和風(fēng)機(jī)性能的改善情況，確定了較優(yōu)的開縫角度和開縫位置，在較優(yōu)開縫方案下，流體在流道出口的速度比較均勻一致，且風(fēng)機(jī)全壓提高4.25%，效率提高1.49%。6-51風(fēng)機(jī)采用多耦合仿生設(shè)計(jì)和數(shù)值計(jì)算方法，研究了仿生葉片的降噪機(jī)理。

風(fēng)機(jī)屬于通用機(jī)械類。它們廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。風(fēng)機(jī)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)用電量約占全國(guó)總用電量的9%。目前，離心風(fēng)機(jī)在我國(guó)能源系統(tǒng)中占有很大的比重。因此，提高離心風(fēng)機(jī)的性能對(duì)于工礦企業(yè)節(jié)能增效具有重要意義。6-51風(fēng)機(jī)的節(jié)能方法主要是從運(yùn)行調(diào)整和結(jié)構(gòu)改造兩個(gè)方面進(jìn)行的，對(duì)運(yùn)行調(diào)節(jié)的研究非常廣泛；6-51風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)改造主要包括換流器的安裝、動(dòng)靜葉的改造等，目前對(duì)風(fēng)機(jī)葉片開槽技術(shù)的研究還不多見。而且工程應(yīng)用不廣泛。清華大學(xué)等人通過對(duì)長(zhǎng)、短葉片的開槽，使離心風(fēng)機(jī)的性能曲線變平，區(qū)變寬，使非設(shè)計(jì)性能更好。對(duì)葉片弦縫進(jìn)行了研究，改善了葉柵周圍的壓力分布，降低了總壓損失15.8%。研究了吸入點(diǎn)和回流點(diǎn)的位置，即狹縫的位置，并提出了良好的建議。這些方法往往需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和重復(fù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，建模周期長(zhǎng)，成本高，存在風(fēng)機(jī)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)使用不足，造成信息資源浪費(fèi)等問題。楊科等人對(duì)航空工業(yè)風(fēng)力機(jī)的開槽問題進(jìn)行了研究。模擬了不同攻角下的上、下風(fēng)面開槽和自下而上的開槽。分析了不同工況下的流場(chǎng)和流線分布。結(jié)果表明，開槽對(duì)改善風(fēng)力機(jī)靜失速特性非常有益。

6-51風(fēng)機(jī)采用SolidWorks三維建模軟件對(duì)斜通道離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行了三維建模，對(duì)整個(gè)離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行了建模。由于斜槽風(fēng)機(jī)葉片采用無氣鋼板焊接而成，為了簡(jiǎn)化網(wǎng)格生成，提高網(wǎng)格質(zhì)量，采用無厚度曲面建立了離心風(fēng)機(jī)的三維模型。6-51風(fēng)機(jī)的網(wǎng)格生成方法可分為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。一般來說，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格計(jì)算的收斂速度是快而好的。然而，在一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中，很難生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。在結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成過程中，邊上節(jié)點(diǎn)的數(shù)目發(fā)生變化，往往導(dǎo)致相應(yīng)的邊節(jié)點(diǎn)發(fā)生許多變化。網(wǎng)格生成通常占用CFD分析師的大部分時(shí)間。針對(duì)這一問題，本文采用混合網(wǎng)格對(duì)6-51風(fēng)機(jī)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，即結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的方法。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格用于劃分葉輪的葉片通道。由于葉片位于葉輪各通道的連接處，葉片為非線性結(jié)構(gòu)。在劃分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生負(fù)體積。針對(duì)6-51風(fēng)機(jī)具體實(shí)例，本文采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行數(shù)值模擬，并利用Autogrid軟件提供的H型網(wǎng)格自動(dòng)生成功能生成進(jìn)水口和葉輪的最終網(wǎng)格。因此，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分進(jìn)氣道上部，并對(duì)靠近壁面和葉片的網(wǎng)格進(jìn)行加密。邊界附近層的厚度為0.01 mm，這確保壁上的Y 值在湍流模型要求的范圍內(nèi)?？紤]到后期改善6-51風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的便利性，葉輪與蝸殼分開嚙合，并在相應(yīng)的表面建立接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。葉輪外場(chǎng)計(jì)算網(wǎng)格為1224917殼體和1281713網(wǎng)格。

6-51風(fēng)機(jī)不同工況下葉道內(nèi)部的流線圖，能夠看出風(fēng)機(jī)在0.8dQ流量工況下，長(zhǎng)葉片的吸力面存在較大的別離區(qū)，而且在短葉片的吸力面構(gòu)成兩個(gè)旋渦區(qū)，其中葉片出口處的旋渦由于相鄰葉道的葉片壓力面的高壓區(qū)向葉片吸力面回流而構(gòu)成；引風(fēng)機(jī)風(fēng)量496800m3/h，全壓6600pa，軸功率1086KW，設(shè)計(jì)電流146。葉片吸力面內(nèi)部旋渦由于自身葉道的壓力面向吸力面回流而構(gòu)成較大的旋渦。斜槽風(fēng)機(jī)的長(zhǎng)葉片吸力面的別離區(qū)開始向葉道出口處偏移，別離區(qū)有所減小，但短葉片的吸力面仍然存在兩個(gè)旋渦，但旋渦也有所削弱，因此風(fēng)機(jī)在1.2dQ時(shí)功率也有所進(jìn)步，但在大流量工況下功率依然只有較低的47%。

6-51風(fēng)機(jī)改善計(jì)劃及成果分析在完成斜槽式離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)分析后，根據(jù)風(fēng)機(jī)的內(nèi)部活動(dòng)狀況和合作單位提出的功能指標(biāo)(壓力在5000Pa以上，而且盡量進(jìn)步風(fēng)機(jī)的功率),對(duì)風(fēng)機(jī)提出針對(duì)性的改善計(jì)劃，來改善風(fēng)機(jī)的內(nèi)部活動(dòng)狀況，從而進(jìn)步風(fēng)機(jī)的整體功能。首先由6-51風(fēng)機(jī)的活動(dòng)特性分析中能夠知道，6-51風(fēng)機(jī)的短葉片吸力面存在兩個(gè)旋渦區(qū)，為了改善渦流帶來的活動(dòng)損失，提出了通過改變短葉片的長(zhǎng)度來改善風(fēng)機(jī)活動(dòng)的計(jì)劃。通過對(duì)改進(jìn)后的6-51風(fēng)機(jī)的數(shù)值計(jì)算，在第二種改進(jìn)方案中通過增加葉輪的旋轉(zhuǎn)直徑來提高風(fēng)機(jī)的總壓。改善計(jì)劃一在保證斜槽風(fēng)機(jī)外殼不變的狀況下，將風(fēng)機(jī)葉輪中的短葉片向內(nèi)延伸，

計(jì)算了6-51風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)口直徑與葉輪出口外徑之比，即3258.0/20dd=從步開始，設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速為15.5998?？梢钥闯觯O(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)是一種低比轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)。得到了不同比轉(zhuǎn)速下風(fēng)機(jī)進(jìn)出口外緣直徑的比值范圍。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)滿足風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求，可以繼續(xù)后續(xù)的設(shè)計(jì)工作。入口攻角是指入口角與葉片相對(duì)速度和圓周切線之間的差。它與圓周切線的夾角等于葉片入口角1aβ，因此攻角為零。當(dāng)6-51風(fēng)機(jī)流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)，經(jīng)向速度mc1減小，入口相對(duì)速度與圓周切線方向的夾角小于葉片進(jìn)口角1aβ，迎角為正。當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)，子午線速度mc1增大，入口速度與圓周切線的夾角大于葉片入口角度1aβ，6-51風(fēng)機(jī)迎角為負(fù)。前葉輪1Aβ值一般在40~60之間。由于適當(dāng)增大了前風(fēng)機(jī)的迎角和安裝角，可以減小風(fēng)機(jī)葉片通道的流量損失。研究結(jié)果表明，6-51風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅使風(fēng)機(jī)難以加工，而且增加了風(fēng)機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)損失，降低了風(fēng)機(jī)的效率。因此，當(dāng)迎角為6.04時(shí)，1aβ值為45。