9-12离心风机广泛应用于冶金、化工、钢铁、水泥等重工业。其结构特点是整体结构紧凑，叶轮宽径比小，内、外径比小，长、短叶片分布均匀，压力系数高，流量系数小，因此常用于高压、小流量场合。流量损失会降低9-12离心风机的实际压力，泄漏损失会降低风机的流量，叶轮损失和机械损失会导致风机附加功率的增加，从而降低风机的效率。针对风机效率低、加工工艺复杂等缺点，提出了一种改进的风机效率设计方案，并采用CFD数值计算方法进行了分析验证。

本文对风机进行改进和设计的主要思路是利用N-S方程和SSTK-U湍流模型计算斜槽风机样机的流量。数值计算结果与原始测量数据吻合较好，证明了该计算模型和数值计算方法的可行性。通过对9-12离心风机不同截面的等值线和流线的观测，分析了叶轮通道内流动损失的原因。通过控制叶片吸力面边界层的分离，降低了风机的内部流动损失。针对风机内部流动状况，提出了三种不同的改进方案。在改进方案不能满足性能要求的情况下，对风机进行了重新设计。为了使风机叶片通道内的流动更加合理，根据叶轮通道截面面积逐渐变化的原理，建立了风机叶片型线形成的数学模型，并根据该数学模型完成了风机叶片型线的设计。在前向离心风机中，蜗壳舌与叶轮之间的间隙通常为叶轮旋转直径的0。风机叶片的设计采用“双圆弧”成形方法，不仅简化了风机的加工工艺，而且使风机的总压力提高到5257pa，效率提高到68%。后介绍了离心风机的瞬态计算方法，分析了瞬态计算中时间步长的选择原则。采用瞬态数值方法对新设计的风机内部流动进行了数值模拟。在瞬态计算结果稳定后，9-12离心风机采用FW-H模型计算了设计风机的气动噪声，远场噪声值为58dB。

通过数值计算方法，观察离心风机蜗壳内部的流动情况，通过收缩蜗壳180°~360°之间的型线，改进后的离心风机出口静压，出口全压和风机效率都有所提高。

Beena D. Baloni等采用实验方法，对具有相同叶轮，9-12离心风机蜗壳采用等环量法与等平均速度法成型的离心风机内部流动特性进行了研究，结果表明采用等平均速度法成型的蜗壳内部气流的速度梯度与压力梯度都小于采用等环量法成型的蜗壳，内部流动情况更优。当9-12离心风机流量小于设计流量时，经向速度mc1减小，入口相对速度与圆周切线方向的夹角小于叶片进口角1aβ，迎角为正。

9-12离心风机应用广泛，但由于其叶片结构复杂、叶道较长导致其内部流动损失较大，效率较低。复杂的叶片结构导致其加工工艺复杂，在批量生产时叶片模具制造的成本较大，一般企业都只单件生产甚至不生产，导致产品的供不应求。随着***环保政策的不断深入，生产锅炉的环保指标必须满足超低排放要求。因此本文采用数值计算得方法，找到9-12离心风机内部流动损失的根源，改善风机内部的流动特性，提高风机的综合性能。

根据以上分析，本文对斜槽式离心风机进行了改进设计，从改善风机内部流动特性出发，首先在原型机的基础上进行改进，而后根据风机的现代设计方法，以合作单位的性能指标为设计条件，完成风机的设计工作，具体的内容如下：

本文通过查阅大量离心风机优化设计的文献，深入理解了风机的不同结构参数对风机内部流动特性的影响，并采用数值计算方法

(CFD)对风机原型机进行了数值模拟，通过观察风机不同截面处的等值线图和流线图，对风机的内部流动特性进行了分析，为离心风机的改进提供思路。以提高9-12离心风机的效率和增大其全压为改进目标，对风机的短叶片长度、增大风机叶轮的旋转直径和改变风机蜗壳蜗舌与叶轮的间隙，对风机性能的影响进行了研究。针对9-12离心风机具体实例，本文采用结构化网格进行数值模拟，并利用Autogrid软件提供的H型网格自动生成功能生成进水口和叶轮的***终网格。

通过实验和数值模拟研究了9-12离心风机的流场，这是研究离心风机内部流动的两种主要方法。实验方法可以得到详细而准确的结果，但实验成本高，周期长。随着计算机技术和计算流体力学（CFD）的发展，数值方法在涡轮内部流动模拟中得到了广泛的应用。采用数值方法设计了离心风机的子午线廓线。以9-12离心风机为例，进行了数值计算。结果表明，采用数值计算方法可以简单、准确地得到给定子午线分布的叶轮子午线轮廓。提高风机的设计效率，具有良好的工程实用价值。提出了一种现代离心风机的设计方法，即数值计算法。离心风机分为三部分，分别计算。迭代法考虑了这三个部分之间的相互作用。离心风机的主要作用是保证空气供给，稀释***气体，降低煤尘浓度，对煤矿安全生产具有重要意义。研究表明，上述数值计算方法可为风机的改进设计提供良好的依据。改进后的9-12离心风机效率提高，噪声降低。研究了风机叶片安装的不均匀性。结果表明，数值计算方法可以定性地计算出风机的噪声值，但由于计算值与实验值之间存在较大误差，无法替代噪声的实验研究。采用不等距离安装叶片的方法可以有效地降低风机的峰值噪声。

本文采用N-S方程和SSTK-U湍流模型计算了9-12离心风机在不同工况下的稳态，并根据公式计算了设计工况下离心风机的压力、轴功率和效率。在得到风机性能参数的数值结果后，将不同工况下数值结果的误差值与样机原始测量结果进行了比较。在完成9-12离心风机三维模型的建立、计算域的离散化（网格化）和边界条件的定义后，将9-12离心风机原型的不同工况进行了数值计算，并将其浇注到ANSYS Fluent。风机数值计算和测量的效率特性曲线表明，斜槽离心风机的设计流量为0.17kg/s，在设计工况下，风机的计算效率为48.1%。斜槽离心风机偏离设计工况时，小流量工况下效率急剧下降，大流量工况下效率变化缓慢，但效率仅为47%。9-12离心风机的性能保证：（1）风量（Tb点工况，145c）：134m3/s。斜槽离心风机的压力特性曲线表明，离心风机的总压力没有单调变化，但随着风机流量的增加，斜槽离心风机的总压力减小。非单调压力特性曲线表明，离心风机阻力变化较大时，风机风量变化较大，风机稳定工作面积较小。