1．引言
    DF8CJ離心風機為機車電機散熱用貫流風機。因效率較低，。需要對其進行改型，以增加效率，減少損失。
    葉輪機械中流動損失主要來源于分離，分離則會產生旋渦，因此，旋渦是導致損失的主要因素。減小旋渦是改型設計的首要任務。
    使用Fluent軟件對風機進行數值模擬，可以得到風機內部較為準確的氣流流動情況，并根據氣流分離情況進行有針對性地改進。雖然在計算時，無法對軟件內部的控制方程作出調整，且整個計算域內只能采用一種湍流模型，不能根據實際情況靈活調整。但其計算結果的準確性仍可接受，設計時也可作為參考。
2，數值模擬及改型
DF8CJ離心風機設計流量為4.5m3/S，設計運行溫度40℃，風壓大于5500Pa。設計參數如下：
 
2.1數值模擬，
2.1.1計算參數及網格
    原型風機中空氣流速較高，超過0.3倍馬赫數，因此采用可壓縮進行計算。湍流模型選用標準k一￡模型。計算時首先用．階迎風格式迭代至所有殘差降低至1e-3，然后換為二階迎風格式迭代至殘差值穩定，且出口面平均壓力在很小的范圍內有規律地振蕩為止。
    葉輪區域的計算網格采用楔形網格，數量為33萬，占總體網格數的50%左右。入口及渦殼區域由于形狀比較復雜，采用適應性很強的四面體體格。同時在靠近葉輪區域的部分和渦舌部分加密。

2.1.2實驗驗證
    為驗證數值模擬的準確性，將原型機三個流量點的計算結果與臺架實驗結果進行對比，結果見下表。
 
    從表中可以看出，計算結果與臺架實驗的結果的誤差小于5%，計算結果基本可信，可以以此為基礎進行改型。
2.2改型
2.2.1入口部分
    離心風機的特點是軸向進氣，氣流在進氣部分經過90。折轉變為徑向流動，進入葉輪。這種折轉方式有先天不足。氣流的折轉需要靠法向壓力梯度來實現，如果法向壓力梯度不足，氣流就將分離。所以為了避免分離，折轉率不能太大。尤其是在氣流折轉后期，因其壓力梯度已耗盡。當氣流發生擴脹時，較收斂更容易分離。
    原型機入口處的流動為擴脹流動，且由軸向向徑向的折轉發生在90。的直角尖點，氣流產生劇烈分離，形成很強的旋渦。在葉輪區域入口處沿圓周取四條直線（圖2），可以看到沿葉高方向，氣流的徑向速度變化很大，且在進氣端出現負徑向速度（圖3.a）。葉片部分區域非但沒有做工，還增加了損失。
    改型減小了風機入口的直徑，修改了入口型線，減小了氣流的折轉角。
    改型后，氣流分離所產生的旋渦減小。葉高方向氣流的徑向速度相對于原型機更加均勻，沒有出現負徑向速度的區域，所有的葉片區域都做功（圖3.b）。
    葉片靠近后板部分，氣流的徑向速度相對于葉片中部有所減小，原因在于改型啟、，葉片進氣端氣流的徑向速度增人，使得葉片后部流量減小，導致徑向速度減小。

2.2.2輪轂
 
    原型機輪轂型線的曲率半徑過小，盡管其是繞銳角折轉，但也造成氣流分離，產生很大的旋渦。輪轂邊緣還有一個臺肩，又造成第二次分離（圖4.a）。
    改型加大了輪轂的折轉型線圓弧，取掉后臺架。同時，在輪轂頂端平頭鎖緊螺帽上加上一個流線型帽罩。改型后輪轂兩側的旋渦消失（圖4.b）。

2.2.3沖角
    葉片進氣端氣流流動速度不均勻。由于存在強烈的旋渦，進氣速度很低。造成相對葉片進氣角偏低，而靠近后板處氣流速度較高，相對葉片進氣角較太。根據葉柵實驗，沖角一股以2°、-3。為宜。既能形成一定的升力，又不致于過大的分離，造成過高的損失。當氣流流量減小時，正沖角加大，使葉背發生分離。嚴重時則發生失速，不能正常工作。當進氣速度增加時，造成負沖角，使葉盆分離。當流量過大時，則負沖角過大，風機阻塞，同樣也不能正常工作。所以合適的沖角是保證風機正常、高效工作的根本。
    原型機入口旋渦很強，四條直線上沿葉高方向氣流的沖角全部為較大的正沖角，尤其是進氣端（圖5．a）。

    改型調整了葉片的安裝角，減小了氣流的止沖角。計算結果顯示，相對于原型機，氣流的沖角減小（圖5.b）。但在靠近渦舌部分（直線3），葉片后部氣流的沖角反而增大，這是渦舌影響所致。

3．改型效果
    風機改型后，最高效率提高了5.95%左右，工作點的靜樂比提高了0.0065。
4．結論
    1．原型風機入口處，氣流擴脹流動，折轉角過大，產生強烈分離。設計時應遵循流線型設計原則，避免出現過大的折轉角。
    2．原型風機的輪轂曲率過大，氣流產生分離。輪轂的型線應與氣流的流線相近，避免由于曲率不當而產生旋渦。
    3．氣流的沖角最好在2～3度之間，過大或過小的沖角都會對效率造成影響。
    4．風機改型后，最高效率提高了5.95%左右，工作點的靜壓比提高了0.0065。
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