空调器离心风机内流场的PIV试验与CFD仿真对比分析

　　1 前言

　　多翼离心风机由于流量系数大，压力系数高，噪声低，尺寸结构小等优点，被广泛应用于空调通风系统[1]。随着空调产品的普及和人们对空调产品节能、噪声等技术的要求，有很多学者对柜式空调的多翼离心风机系统进行了研究，如王嘉冰、区颖达用数值模拟的方法对柜式空调室内机用多翼离心风机内部流畅进行了数值模拟分析，黄宸武等人对柜式空调室内机各部件对空调器整机性能的影响进行了试验研究，黄宸武等针对影响空调器性能的多翼离心风机叶轮的几个主要特征参数进行了试验研究[2 ～4]。采用粒子图像测速仪 PIV，对柜式空调室内机离心风机叶轮出口内部流场进行了试验研究。并通过 CFD 数值分析，得到了柜式空调室内机离心风机叶轮出口流程特性，结合 PIV 与 CFD 流场对比，验证了 CFD 方法的正确性，为数值模拟分析、优化、设计柜式空调室内机离心风机通风系统提供了依据。

　　2 PIV 测试分析

　　2. 1 PIV 测试系统及原理

　　在叶轮机械内部流动测量中，粒子图像测速仪 PIV 是一种非接触式瞬态流场多点激光测速系统。与热线风速仪( HWA) 相比，其测量对流场无干扰，测量精度和空间分辨率亦可与 PDA 和HWA 媲美。与逐点测量的 PDA 和 LDA 相比，PIV 属于面测量，能够大大提高测试效率，同时可有效获取非定常瞬态流动图像。目前，PIV 测试技术已得到广泛的应用。

　　PIV 激光流场测试系统由片光源系统、图像拍摄系统、信号处理系统和后处理软件等组成。测量时，PIV 系统利用光学棱镜组将激光器发出的激光束转变为片光源，并照亮含有示踪粒子的待测流场，通过设置采样触发信号、两帧图像见的脉冲时间间隔以及采样帧数等参数，由高速、高分辨率的 CCD 相机连续捕捉两帧图像后通过软件对图像进行互相关处理，即可得到瞬态平面二维速度矢量场分布，并可进一步处理得到瞬态流线和涡量分布。

　　2. 2 PIV 测试装置及试验方案

　　试验测试地点在上海某大学涡轮机试验室中进行，测试设备为丹麦某公司数字式二维 PIV 激光流场测试系统，试验选择的示踪粒子为硅油。试验件为一台家用 3 匹分体柜式空调器的室内机，包括多翼离心风机、导流圈、蜗壳、电机、外壳以及进出口格栅等，多翼离心风机由 43 个叶片均布组成，叶轮外径 D2 = 350mm，轮径比D1/D2 =0. 82，叶高为 140mm。叶片均为单圆弧度厚度直叶片，叶片进口安装角 β1= 57. 1°，叶片出口安装角β2= 41. 2°。测试室内机没有连接室外机，室内机运转在通风状况。测试中风机转速为 510r/min，质量流量为 0. 37kg / s。在实际测量中，导流板位置置于水平且固定，保证不同实验测量面时，出风气流方向一致。