家用除湿机风道优化设计分析

家用除湿机风道优化设计分析

除湿机一般广泛使用于南方地区的家居、图书馆、储藏室、档案管理室或者办公室等对干燥度要求较高的环境中。近年来．除湿机的应用率发展十分迅捷．未来其在家庭中的普及率会等同于空调 随着人们审美观念的提升．当下的除湿机越来越小型化．且其外观也颇具创意，新颖独特。当然，最核心的要求还是除湿机的性能。由此便对其风道设计提出了更高的要求。基于此，本文将重点探讨家用除湿机风道的优化设计。

选取的家用除湿机属于形态较小的多翼离心风机．其各项参数为：55个叶片数，叶轮外径为195毫米，内径与外径之比为0．85．进出El安装角分别为9O。与21。首先．由于多翼离心风机具有繁杂的流态与较高的曲率．在计算时则需应用三维雷诺平均守恒方程：同时．其并不具备较大的压力与速度．因此空气密度可以直接忽略。且由于该风机内部为旋转流体流动．因此需在其一直处于旋转状态的本体上设置好坐标系统．其求解方式主要应用旋转非惯性坐标系。

其次．定义边界条件．其旋转区域为叶轮所在位置，坐标系则使用的是多重旋转：剩余区域则均为静止区，坐标系也使用的是静止的．而原点位置则在蜗壳后盖板中心．进风口对应于Z轴指向．旋转壁面则是I1-P片与后盘外的表面，且旋转、静止壁面均要达到无滑移要求 计算域流体进出El位置则主要是风机进气El’与蜗壳的进出口截面 进口边界条件定义为压力．出口边界条件则定义为负进口速度．若要计算速度．则需先计算出额定风量与截面面积

最后．南于流道较为复杂．因此在划分叶轮网格时则主要应用六、四面体的非结构混合网格，依据方案的不同，总网格数也存在差异．但均约为52万。在叶尖处对网格予以加密处理，这样能够使流动分离和合流工作得以更明显的体现

在对家用除湿机风道开展工业没计之前． 已经确定了其外观、大小与尺寸，即使后期对风道予以优化设计，上述内容也不允许变动。由于受此要求的约束，本实验不对蜗壳曲线予以优化设计．而唯一具备优化设计可行性的则是出13涡舌部位。本文共制定四个优化设计方案．其中方案一为对产品进行初始优化设计：方案二至四则均为基于风量达到规定要求的前提下使得噪声最小。在方案一中，其涡舌部位的半径为5毫米，方案二至四的涡舌半径相比方案一则略长，均为7毫米。而在喉部位置，其直径则逐渐增加 虽然半径一样 但是方案二和方案四还是存在差异，主要不同位置为风机人口 方案四基于方案二。在壳体上增设了一个槽．

对于方案一至方案四分别予以数值结算 结果发现方案四风道优化设计模拟结果与方案二存在极大的相似性．且很难体现于数值层面 经过分析后发现其原因可能在于在对方案进行模拟时．在假设过程与计算数值过程中产生了误差

(二）静压现象

基于静态压力分布情况．发现方案一和方案l一都存在在面积较小的区域中静压高的现象．而在方案二中则并没有哪些区域出现静压上升现象。一般而言．若有静压存在．则对其出流状况一定会存在较大影响 而通过综合分析后得知．方案～ 和方案j三中的静压现象是气流对涡舌进行碰撞后产生的．南此带来能量上的损失 因此在风道优化设计过程中需要采取对应措施．以降低由于撞击而带来的损失．从而促使风机效率得以显著提升

( 三）逆流现象

在风机中．叶轮旋转速度非常快．对于其内部产生的气流则会存在吸附作用．在叶轮外部的蜗壳出1：3部位．则会存在动压与速度的最大值。在方案一中．由于受到喉部尺寸的约束．出口部位的阻力也较大．这种现象导致一部分游离于涡舌上游叶片出口部位的气流又流回至叶轮进1：3部位．因此在这一区域中有出El逆流现象．南此致使风量较少。与此同时．由于在出风时气流均集中于某一侧．对于流动情况产生了不利影响．恶化后噪声得到极大程度的增加。而在方案 中．涡舌处存在过大的扩张现象．致使蜗壳内部压力超出了叶轮所能承受压力的极限值．从而在叶道内出现气流缺少的现象．难以将叶轮出1：3部位的逆向压力予以有效克服．由此便出现回流现象．增加分离损失．致使气流集中于某一侧。

(四)综合评价

综合上述模拟与计算结果．能够初步认定可行性与效果均较为优越的为方案二 为了进一步证实模拟结果．利用CNC对四个模型予以有效构建．而后开展实验测试。结果显示．方案一至i若风量一致．则噪声不高．功能消耗则处于方案一与方案三之间。对于方案二而言，其功能消耗则接近于最初设计方案。由于在叶轮进口位置没有端盘．且两侧却有较大的压力差．由此在蜗壳内部流体会出现逆流现象，且该现象频繁存在。由于上述原因，叶轮流体能量无故损耗．风机效率自然不高。南此可知．降低泄漏量是优化设计风道的关键。基于此．方案四设置了密封槽．降低了漏风量，功能损耗现象与噪声均得到了优化，效果更好。

综上所述，可知涡舌部位半径能够影响噪音与风量．对其予以优化设计则能够避免静压一 升现象．从而降低能耗：风机出口处有曲线．其对于回流区有较大影响．若能够确保扩张角度满足规定要求，则也可有效降低分离回流损失。通过对四个方案进行
模拟和实验．发现方案二的效果较好．而方案四在方案二的基础上设置了密封槽，其效果则更优。