Unsteady Flow Condition between Front and Rear Rotor of Contra-Rotating Small Sized Axial Fan

Contra-rotating small-sized axial fans are used as cooling fans for electric equipment. In the case of the contra-rotating rotors, the blade row distance between front and rear rotors is a key parameter for the performance and stable operation. The wake and potential interference occur between the front and rear rotors and leakage flow from the front rotor tip influences on the flow condition of the rear rotor near the shroud when the blade row distance is small. Therefore, it is important to clarify the flow condition between front and rear rotors. The fan static pressure curves were obtained by the experimental apparatus and the numerical analysis was also conducted to investigate the internal flow between front and rear rotors. The leakage flow from the front rotor tip reaches the leading edge of the rear rotor when the blade row distance is small as L = 10 mm and the pressure fluctuations at the leading edge of the rear rotor tip becomes larger than those at other radial positions. In the present paper, the vorticity contour between front and rear rotors is shown and pressure fluctuations related to the leakage flow from the front rotor is investigated using the numerical analysis result. Then, suitable blade row distance for the contra-rotating small sized axial fan is discussed based on the internal flow condition.

Study on Contra-Rotating Small-Sized Axial Flow Hydro Turbine

It is thought that small hydropower generation is alternative energy, and the energy potential of small hydropower is large. The efficiency of small hydro turbines is lower than that of large one, and these small hydro turbine’s common problems are out of operation by foreign materials. Then, there are demands for small hydro turbines to keep high per- formance and wide flow passage. Therefore, we adopted contra-rotating rotors which can be expected to achieve high performance and low-solidity rotors with wide flow passage in order to accomplish high performance and stable opera- tion. Final goal on this study is development of an electric appliance type small hydro turbine which has high portability and makes an effective use of the unused small hydro power energy source. In the present paper, the performance and the internal flow conditions in detail of contra-rotating small-sized axial flow hydro turbine are shown as a first step of the research with the numerical flow analysis. Then, a capability adopting contra-rotating rotors to an electric appliance type small hydro turbine was discussed. Furthermore, the high performance design for it was considered by the numeri- cal analysis results.

Performance and Internal Flow of Contra-Rotating Small-Sized Cooling Fan

High pressure and large flow rate small-sized cooling fans are used for servers in data centers and there is a strong demand to increase its performance because of increase of quantity of heat from servers. Contra-rotating rotors have been adopted for some of high pressure and large flow rate cooling fans to meet the demand. The performance curve of the contra-rotating small-sized cooling fan with 40 mm square casing was investigated by an experimental apparatus and its internal flow condition was clarified by the numerical analysis. The fan static pressure of the front rotor was extremely low and it increased significantly at the rear rotor. The uniform flow was achieved at the inlet of the rear rotor because of the special shape of the casing between the front and rear rotors. On the other hand, the tip leakage flow was large enough to influence on the main flow of the test cooling fan by the design specification of high pressure with compact rotor diameter.

畸变进气对对旋风机单级运行内流特性及性能的影响

为对压入式矿用对旋风机在畸变进气条件下单级运行方案的合理选择提供理论依据,采用SST k-ω湍流模型对风机前级和后级叶轮单独运行情况下的内部流场进行非定常数值模拟,分析了均匀和畸变两种进气条件下单级叶轮运行时的内流特性,对比了全压和全压效率等风机性能参数。结果表明:当前级叶轮单级运行时,畸变进气对流动的影响集中在前级叶轮上游区域,前级叶轮出口直至扩散器区域内流动扰动较小;后级叶轮单级运行时,畸变进气加剧了前级叶轮作为前导叶对后级叶轮区域内流动产生的不利影响,两级叶轮内熵损失较均匀进气条件显著增大,扩散器内的湍流程度加剧。与后级叶轮单级运行相比,前级叶轮单级运行受畸变进气影响而导致的流动损失较小,全压效率提高约11%。

轴向间距对FBCDZ-10-No20型对旋风机失速过程的影响

对旋风机在小流量工况运行时容易出现失速甚至喘振等不稳定现象,为研究轴向间距对对旋风机失速起始及其发展与传播过程的影响,采用Shear Stress Transport(剪切应力输运)k-ω湍流模型,对一台FBCDZ-10-No20型对旋风机全通道内的非定常流动进行数值模拟,探究了2种轴向间距下对旋风机的失速发展过程。结果表明:轴向间距对对旋风机失速起始及发展过程具有显著影响。在失速起始阶段,当对旋风机两级叶轮的轴向间距为170 mm时,失速起始扰动首先发生于后级叶根吸力面的尾缘区域,之后扰动沿径向从叶根向叶顶发展,沿周向向某个叶片通道聚集,导致该叶片通道堵塞,从而引起对旋风机失速;当轴向间距为70 mm时,失速起始扰动先后发生于前、后级的叶顶区域,之后扰动逐渐增强,最终发生失速。在完全失速阶段,轴向间距对于失速涡团沿周向、轴向及径向的传播都具有显著影响。轴向间距为170 mm时对旋风机进入单涡团全叶高失速,失速涡团沿轴向传播范围限于后级叶轮区域,沿周向以33.3%的后级转速旋转;轴向间距为70 mm时对旋风机进入多涡团部分叶高失速,失速涡团先后在两级叶轮叶顶区域产生,沿轴向向上、下游传播,沿径向分散于各叶片通道的70%叶高以上区域。由于两级叶轮轴向间距的改变,引起了对旋风机的失速起始扰动类型发生了由“局部喘振型”向“突尖型”的转变。

叶顶间隙对压入式矿用对旋主通风机叶顶区域流动性的影响

为了研究叶顶间隙对压入式矿用对旋主通风机叶顶区域流动的影响,分别针对2mm、3mm和4mm三种叶顶间隙下风机全流道内的非定常流动进行数值模拟。结果表明:随着叶顶间隙的增大,在峰值效率工况下,叶顶区域的熵损失显著增大,后级叶顶区域的流动损失明显高于前级;在近失速工况下,前级叶顶区域出现了前缘溢流、尾缘反流现象,前级叶顶区域的流动损失比后级更大。在较大的叶顶间隙下,前级前缘叶顶泄漏流形成松散的涡系结构,诱导叶顶间隙的中部和尾缘区域的泄漏流形成回流和二次泄漏,堵塞叶顶区域的通道入口,引起“突尖型”失速起始扰动的发生。

对转式轴流风机内流的数值模拟

采用压力修正法 (SIMPLE法 )和混合 H- D格式 ,结合 K-ε湍流模型 ,求解加权平均 N- S方程 ,数值模拟了对转式轴流通风机内的流场 ,设计性能良好的对转风机有较好的流场 ,说明通过求解 N-

基于最大流增流关键边的疏散逆向路段优化

逆向车道作为提高路网疏散通行能力的一种交通组织方法,已在疏散交通组织中得到了广泛应用.本文采用网络优化技术,研究疏散交通组织中逆向车道设置路段的选择问题.将道路网抽象为有向网络,给出网络最大流增流关键边的定义,通过寻找网络最大流增流关键边、次关键边等,确定路网中实行逆向车道管理的备选路段.在求解最大流问题的最大容量路算法基础上,给出了在有向网络中寻找最大流增流关键边的改进算法,通过一个数值算例进行分析,并对计算结果进行仿真验证.结果表明,在产生大量交通需求的大规模交通疏散中,通过对最大流增流关键边所对应路段进行逆向管理扩容,能够有效压缩疏散时间.

基于最小割理论的交通疏散逆向车道设置

针对城市道路网中的应急交通疏散问题,研究如何选择合适的路段实行逆向管理。基于网络最大流最小割理论,设计了瓶颈释放启发式算法,通过不断寻找网络最小割来释放潜在瓶颈,增加路网的疏散通行能力。本研究旨在为逆向车道路段的选择提供参考。

对旋式轴流风机变转速匹配性能研究

采用全圆周数值模拟方法,研究了双级对旋式轴流风机的变转速匹配特性。在四种转速匹配方案下,对比分析了风机整机和各级转子的压升、效率和功率特性,进一步深入流场内部,揭示了不同转速匹配下的内部流动特征,并与单通道模拟结果做了对比。对单级转子特性而言,单通道模型和全圆模型间最大的区别在第二级转子,就全压升和效率来说,单通道模拟结果高于全圆周模拟结果。不同转速匹配下的结果均显示,第二级转子性能改变对转速变化更为敏感。除各级转子的良好设计,进口集流器和出口扩散器对提高对旋风机性能也很重要。

对旋轴流风机气动因素引起的振动机理及特征分析

气动因素引起的振动是对旋轴流风机的主要故障之一,从旋转失速、喘振、涡流振动、气流激振、耦合振动5个方面阐述了其振动的产生机理及特征,为风机振动故障诊断提供了参考,对提高风机运行经济性和安全性有重要意义。

基于内部流动数值模拟的对旋风机设计

通过流体力学专业计算软件Fluent模拟2种方案:(1)前级叶片为圆弧板形、后级叶片为机翼形;(2)前级为机翼形、后级为圆弧板形,获取风机流动的一些重要参数。通过对比,发现第2种方案的流场更优、风机效率更高。从而依据第2种方案设计对旋风机。

对旋轴流风机反风性能的数值模拟

本文对一种对旋式轴流风机,采用SIMPLE方法对其整机的正、反风性能进行预测,通过求解雷诺平均N-S方程,湍流模型采用标准的κ-ε模型,给出了分析采用的几何模型,通过CFD分析,预测出对旋式轴流风机的反风性能。通过对正风、反风预测性能的比较,结果表明:正风时的内流明显优于反风,主要内流细节差异是由于反风时流道收缩导致,反风时两级叶轮的负荷分配不均衡,后级叶轮负荷约为一级叶轮负荷的两倍多。对旋式轴流风机在反风运行状态下,流量、压力、功率各项参数的值均小于正风运行状态下的值,但其相对于普通轴流风机具有较大的反风量,反风量能达到正常风量的65%以上,可以满足对风机反风量的安全要求。

对旋轴流叶轮不同转速比的设计及CFD分析

在相同的设计流量和设计扬程条件下 ,设计了 3种不同转速比的对旋轴流叶轮 ,得到了叶片不同的特征参数。结果表明 :对旋式轴流泵前置叶轮与后置叶轮的转速比采用稍小于 1的设计是较为合理的 ,并且可以获得较宽的运行高效区。以此叶片设计结果为数值模拟的对象 ,对前后叶轮采用 7种不同的转速比进行数值模拟 ,得到各自全流道下紊流流场的压力、速度等值线及分布云图 ,预测一定转速比下的叶轮外特性性状 ,为实际运行和选型应用提供了依据。

通风机压力脉动与气固耦合噪声研究

用非线性动力学的理论对风机噪声问题进行了分析,同时运用实验手段测量了轴流风机流场内部流动的压力脉动,从全新的角度研究了对旋风机的气固耦合噪声。

叶片形状对对旋风机正反风性能影响

为保证对旋风机正风运行性能的同时提高反风运行能力,采用平面叶栅法设计了一台功率55 k W的对旋轴流风机。以C-4翼型为基础,采用CFD方法研究了叶片前缘和尾缘形状变化对对旋风机正反风性能的影响。研究表明:正风整机性能,双头尖叶形风机压升和功率明显高于原始翼型,大流量时其内效率高于原始翼型和双头钝叶形,小流量时其内效率低于这2种叶形。双头钝叶形压升和功率略低于原始翼型,内效率略高于原始翼型。反风整机性能,双头尖叶形和双头钝叶形反风全压和功率相差不多,均优于原始翼型,双头钝叶形反风内效率略高于双头尖叶形和原始翼型,原始翼型和双头尖叶形反风内效率接近。正风级性能,两级叶轮级性能变化趋势均与整机类似。反风级性能,双头尖叶形两级反风性能均优于原始翼型。双头钝叶形第一级叶轮性能低于双头尖叶形和原始翼型,第二级叶轮性能优于这2种叶形。可见,大流量时双头尖叶形对旋风机可更好地满足正反风高效运行的目的。

矿用对旋轴流风机小流量工况下内部流动数值模拟

由于轴流式通风机小流量工况出现的非稳定工作特性,由此带来的缩小了风机的安全可靠运行区域,严重时可能带来颤振毁坏设备等安全性问题。通过数值模拟手段,对一矿用对旋式轴流式通风机小流量工况内部流动进行了深入研究。

一种损失模型在对旋型轴流通风机特性预估中的应用

建立了一套计算设计点及非设计点的损失模型,应用所提出模型对某型对旋型轴流通风机的性能特性进行预测计算,计算结果与样机实验测试结果对比,效果良好。

对旋式轴流风机变环量流型的改进设计

为进一步提高对旋式轴流风机设计性能,在采用等环量设计方法优选得到的高压比、高效率风机设计方案基础上,在保证设计点两级等负载分配前提下,采用变环量流型设计方法,分别对比研究了两级转子不同展向载荷分配规律对对旋式轴流风机性能的影响,从中确定了性能最佳的两级转子径向载荷分布规律,并给出了近似描述该变化规律的数学表达式。