微型轴流风扇叶尖非定常流动控制的参数研究

在微型涡扇发动机中,由于发动机尺寸的减小,风扇中以叶尖泄漏涡系为主的流动损失问题较为突出,影响了风扇的稳定工作范围。采用一种被动式非定常流动控制方式,即机匣开孔并通过自循环引气方式实现非定常激励来改善风扇叶尖流场;通过CFD数值模拟的方法研究激励频率与激励强度等主要激励参数对控制效果的影响规律。研究结果表明:当激励频率为泄漏涡主频时能得到最佳的扩稳效果;在有效的控制方案下,激励流量仅为主流的0.06%时,可使压气机综合稳定裕度提升31%,同时峰值效率只损失0.37个百分点,为高性能微型涡扇发动机的发展探索了道路。

微型轴流风扇扭叶片设计及其气动分析

通过推导微型轴流风扇叶片出口轴向速度沿叶高的分布方程,提出了一种考虑轴向速度非均匀性的扭叶片设计方法.通过计算流体动力学(CFD)技术,对利用该方法所设计的各种形式扭叶片的气动性能及其变工况时的气动特点进行了数值研究,并比较了工作于自模区与非自模区风扇的气动性能差异.研究结果表明,与自模区的风扇相比,非自模区的风扇压力曲线没有最高压力点,随流量减少压力几乎呈线性增加,且无失速点;效率曲线则显得更为平坦;按刚性涡设计的扭叶片虽效率低,但风压高;提高叶轮的轮毂比有助于提升风扇压力与效率.

微型轴流风扇间隙流动分析

以某微型轴流风扇为研究对象,测量了其在5 600r/min转速下的气动特性曲线,同时采用商用软件NUMECA模拟了在4种流量下该风扇叶轮内的三维流场,详细研究了泄漏涡和分离涡的结构、泄漏流速度的分布、叶片两侧的压差分布以及泄漏流对叶顶载荷的影响。研究结果显示:由于叶顶间隙的存在,气流在叶顶形成了分离涡;而泄漏流进入相邻通道后卷起形成泄漏涡。叶顶分离涡和泄漏涡的起始位置都随着流量的增加而向下游移动。从叶顶到外端壁方向,泄漏流速度的大小及其与叶片型线的夹角(θ)均呈现先增大后减小的趋势。间隙区域叶片两侧的压差(Δp)随着流量的增加而变小,泄漏流速度、泄漏流量也随之变小。叶顶卸载是顶端间隙流动的主要特征,随着流量系数的增加,叶顶卸载变大。

轴流风机噪声的综合治理

分析和研究了某大厦排风系统轴流风机噪声产生的根源 ,根据实地测量数据 ,对风机的噪声采用了相应的治理方案 ,治理的结果表明 。

叶片弯曲对微型轴流风扇气动性能影响的数值研究

将弯叶片技术运用于微型轴流风扇,并通过CFD数值模拟的手段研究了各种形式的弯叶片的气动特点。研究结果表明,微型风扇中弯叶片的作用主要体现在小流量工况:叶片适当地前弯能有效地抑制叶顶分离涡的形成,这有助于延缓"失速"的产生、降低能量损耗、扩大风扇的稳定工作范围;叶片后弯易加剧叶顶分离涡的强度,这直接恶化了微型风扇的气动性能。随着工况流量的增加,前弯叶片能在风压、效率基本不变的基础上,其叶顶附近气流的能量损耗均明显低于对应的直叶片与后弯叶片。因此,在微型风扇中采用前弯叶片是具有一定优势的。

微型轴流风扇下游静子干涉下转子区域非定常流场计算分析

采用滑移网格法对某微型轴流风扇级环境下的非定常流场进行数值模拟,分析下游静子干涉下转子区域内部流场的非稳态特征。研究结果表明:下游静子的存在,对上游转子通道内速度场及其相关量影响较小。转子在经过压力不均匀的下游压力场时,通道内压力波动从尾缘处的25%衰减到前缘的15%,压力面的衰减速度要大于吸力面。叶排间的干扰以压力波的形式向上游转子通道内传递,使得转子通道内压力呈现明显的类正弦式的周期性变化,这是典型的势干扰作用。

考虑轴向速度非均匀性的微型轴流风扇扭叶片设计及其对气动性能的影响

通过推导微型轴流风扇叶片出口轴向速度沿叶高的分布方程,提出了一种考虑轴向速度非均匀性的扭叶片设计方法。通过CFD技术,数值研究了利用该方法所设计的各种形式扭叶片的气动性能及其变工况时的气动特点,并比较了工作于“自模区”与“非自模区”风扇的气动性能的差异。研究结果表明:与“自模区”的风扇相比,就“非自模区”的风扇而言,压力曲线没有最高压力点,随流量减少而压力几乎呈线性增加,且无失速点。效率曲线则显得更为平坦;按“刚性涡”设计的扭叶片虽效率低,但风压高;提高叶轮的轮毂比有助于提升风扇压力与效率。

基于样条函数的弯叶片生成技术及其在微型风扇中的应用

引入弯度与端壁弯角两个参数,提出一种基于样条函数思想的弯叶片生成方法,并导出弯叶片积迭线的解析表达式。这种弯叶片生成方法能按所选取不同的边界条件与弯度分别形成W型、中心拐点型、C型、自然样条型等多种形式的弯叶片。将这种弯叶片设计方法运用于微型轴流风扇叶片设计,并通过计算流体动力学技术对上述各种弯叶片的气动特性进行数值研究。研究结果表明:W型弯叶片在各工况点均易恶化流动,不利于叶片气动性能的提高;C型弯叶片,特别是作为其特殊形式的自然样条型弯叶片尽管能有效抑制小流量工况流动分离,对扩大稳定工况范围能起到明显作用,但在大、中流量工况下的气动性能则不如相应的直叶片;中心拐点型弯叶片能在扩大稳定工况范围的基础上,同时保证叶轮在大、中流量工况有较好的气动性能,是一种具有实用价值的叶片弯曲形式。

微型轴流风扇不同流量下的损失对比

以一种电子元件冷却用的单级微型轴流风扇为研究对象,数值模拟研究了该风扇级的流场,分析了设计转速下驼峰曲线右侧4种流量下损失差异的产生原因。研究结果表明:在转子通道内,损失主要发生在泄漏涡通过的区域(I区)、压力侧边界层区域(II区)以及吸力侧边界层区域(III区)。随着流量的增加,I区叶尖涡系的影响范围变小,但涡量强度的最大值Ω0变大且都发生在叶顶间隙中,相应地在该区域高损失范围变小,但在其中心区域损失系数ζpt值变大;II区高涡强范围及其Ω0值均变大,相应地该区域高损失范围及其ζpt值也变大;III区高涡强范围及其Ω0值变化不大,相应地该区域高损失范围及其ζpt值变化也不大。综上可知:在转子通道内损失随着流量的增加而变大。在静子通道内损失随着流量的增加变化较小,所以级环境下全压效率随着流量的增加而减小。

一种微型轴流风扇扭叶片设计方法及其气动特性的数值研究

本文利用"径向平衡"原理,建立了轴流叶轮出口通流速度沿叶高的分布方程,并基于此提出了一种新的扭叶片设计方法。将该方法运用于某微型风扇的设计,并采用CFD技术,数值研究了不同扭曲形式下该型风扇的气动特点。通过与用传统方法设计的扭叶片及原始直叶片的气动性能的对比发现,按本文提出的方法所设计的扭叶片不仅能扩大微型风扇小流量稳定工况范围,而且其风压明显增加,有助于提高微型风扇的气动性能。

基于流固热耦合仿真的微型空压机风冷系统

为解决微型空压机缸盖处过热问题,基于流固耦合传热理论,建立了微型空压机内部流场和温度场以及轴流式风扇的数值计算模型.数值仿真结果表明,原空压机流道设计不合理,冷却空气在机架处回流严重,影响缸盖散热.通过改变轴流式风扇的吹风方向解决了冷却空气在机架处回流的问题,通过优化出风口尺寸以及风扇参数,提高了冷却空气的流量,从而使微型空压机冷却空气流量由13.55 g/s增加至23.51 g/s,缸盖处温度由388.9 K降低至362.9 K,解决了缸盖处过热的问题.

微型轴流风扇结构改进的数值与实验研究

提出了微型轴流风扇的一种新型改进结构。应用RNG k-ε模型,对二组模型的原型与改进型进行了数值计算;利用风洞测试系统,进行了静态特性的实验研究。计算与实验结果显示:(1)改进型的静态特性明显优于原型;(2)实验结果与数值计算结果基本符合,CFD能够有效地起到预测作用;(3)结构改进后,速度沿径向分布较为均匀。叶顶分离涡、间隙涡和倒流等情况得到较大幅度的改善;(4)结构改进使湍流强度增加、边界层厚度减薄,能量损失得以降低,从而提高了微型轴流风扇的静态特性。

叶根前缘VG对微型轴流风扇性能的影响

为降低微型轴流风扇叶根端壁区域二次流所引起的损失,根据涡流发生器的流动控制思想,提出一种在叶根前缘压力面侧设置微型直板的新型流动控制方法;以某微型轴流风扇为研究对象,采用数值模拟结合实验的方法,重点分析了不同安装角的涡流发生器对轴流风扇气动性能及内部流场的影响;研究结果表明:涡流发生器存在提高风扇静压与静压效率的最佳几何安装角,涡流发生器会对叶轮内部流场产生影响,由涡流发生器所形成的诱导涡与压力侧马蹄涡分支进行掺混,会削弱马蹄涡的强度,在一定程度上抑制了由马蹄涡参与演变成的通道涡的发展,使叶轮流道中流体进行再分配;在宏观方面,结构匹配的涡流发生器可提高风扇的气动性能,当涡流发生器安装角度为15°时,在风扇高效运行区间内同原型风扇相比,安装涡流发生器的风扇其静压最多提高8%,静压效率最大可提升2.4%。对于大轮毂比微型轴流风扇,由通道涡所引起的二次流损失不容忽视,同时在对叶轮进行设计优化时应重视叶根端壁处的结构设计。

微型轴流风扇级中叶片表面压力的非定常响应

本文以一种电子元件冷却用的单级微型轴流风扇为研究对象,数值模拟研究其内部的非定常流场,分析了动静干涉下叶表压力的非定常响应特征及其产生机理。研究发现,下游静叶前缘附近的高压力梯度是引起上游转子叶表压力波动的主要原因。该势干扰在向上游转子通道内的传播过程中,转子吸力面附近存在一个扩张区域,该区域内的压力波动相位相同。但在扩张区之外扰动具有轴向指向性,导致压力面上的波动存在相位差。对于下游静子而言,转子尾迹改变了来流冲角,但是这种影响仅限于叶片前缘的滞止点附近的区域;在静叶后半段压力波动微弱.