混合转子永磁电机双风道冷却系统设计

混合转子永磁电机具有高功率密度的优势,但也导致电机散热空间和散热能力不足等问题。为此,根据其特有的转子结构提出一种双风道冷却系统,并采用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的方法对电机温度场进行验证。首先,根据电机损耗和尺寸设计一个适合双风道的轴流风扇。其次,对不同进、出风口的结构参数进行仿真,对比和分析仿真结果,选出冷却性能较好的参数组合。最后对单风道和该参数组合下的双风道进行数值模拟,仿真结果表明,使用双风道冷却结构后电机散热能力显著提升。

基于变环量方法的农用轴流风机设计及性能优化

随着农业设施养殖空气过滤装置使用的普及,对高压农用轴流风机的需求也随之提升。为了提高农用轴流风机的气动性能并扩大工作压力范围,利用变环量设计理论,通过风洞试验和数值模拟,对风机叶片进行了重新设计。旨在改变现有叶片轮毂处结构形式,改善农用轴流风机内部流态,达到提升农业轴流风机气动性能和扩大稳定运行范围的目的。该研究以0.91 m农用轴流风机尺寸及目标风量为设计参数,利用变环量方法设计了一款叶片。通过单因素和响应面分析方法,研究了轮毂直径d、安装角α和叶片数n结构参数对风机性能和流场的影响。最佳工艺参数为d=260 mm,α=-0.369°,n=4片。数值模拟结果表明,优化后的轴流风机性能优于设计轴流风机,扩大了高压区稳定运行范围。样机试验测试表明,在高压(120 Pa)下,优化风机相较于原型轴流风机的风量提高了163%(达到18 710.99m3/h),能效比提高了18.9%(达到1.94 m3/(h·W))。该研究证明了变环量在农用轴流风机设计中的可行性,结构参数的优化可进一步降低风机的内部涡流。优化后的轴流风机减少了内部流场的二次流,提高了叶片的做功能力,改善了风机的气动性能,确保轴流风机在农业应用中能够更高效地实现空气流通与调控。

喷雾降尘对旋式轴流风机结构参数设计优化

随着中国城市化和工业化的快速发展,粉尘污染问题日益突出。通过对喷雾降尘对旋式轴流风机的结构参数即一级叶轮叶片数、二级叶轮叶片数和导流叶个数进行单因素实验,将风机射程、流量及全压效率等作为评价指标,获得优化方案并仿真验证。研究表明:通过单因素分析,确定各结构参数的优选数值分别为一级叶轮叶片数为9,11,13,二级叶轮叶片数为8,10,12,导流叶个数为4,5,6;通过单因素实验及优化选定,确定优化方案为一二级叶轮叶片数分别为13,12,导流叶个数为6,优化方案较初始模型在射程提高了5.90%,流量提高了69.64%,全压效率提高到70.88%。

轴流式对旋除尘风机的结构优化与性能研究

为了提高轴流式对旋除尘风机的除尘性能,研究各个参数相互之间的干扰,对其一级叶轮叶片数量、二级叶轮叶片数量、一二级叶轮距离、风筒直径和叶轮至进口距离这5个主要的结构参数进行优化改进和参数匹配。采取正交试验法,通过FLUENT对各结构参数下的风机除尘过程进行模拟仿真试验,分析风机除尘作业时内部流场和进出口速度、压力分布情况,给出综合评价风机除尘性能公式,得到轴流式对旋除尘风机各个参数的影响程度由大到小分别为一级叶轮叶片数量、风筒直径、二级叶轮叶片数量、一二级叶轮距离、叶轮至进口距离,并通过计算分析得到风机结构的最佳参数组合。

叉车发动机舱散热特性及空间布局优化仿真研究

叉车速度较低且发动机舱内部复杂,在叉车研发设计阶段,如何提高发动机舱散热能力,优化散热器性能已成为工程师关注的焦点。以某型号叉车发动机舱的散热特性为研究对象,建立了叉车发动机舱的实体模型,利用计算流体动力学方法,分析了发动机舱内温度场和流场。研究了风扇竖直方向位置、风扇相对聚风罩轴向嵌入度、风扇与散热器距离这3个关键因素对发动机舱散热性能的影响规律。利用多指标分析综合平衡法进行正交试验分析,获得了散热机舱内空间布局的最优方案,即上移风扇10 mm、风扇轴向嵌入度60%、风扇与散热器距离增加20 mm。该优化方案可以使水散热器散热量提高11.76%,液压油散热器散热量提高7.16%。

对旋轴流通风机叶轮内不可逆能量损失机理

随着节能降耗成为当今世界的迫切需要,提高通风机能量转换效率越来越受到重视,已成为通风领域内关键问题。掌握叶轮内不可逆能量损失演化机制是实现能量高效转化的前提与基础,但目前尚缺乏针对叶轮内不可逆能量损失机理方面的研究。为此,以对旋轴流通风机为研究对象,采用数值模拟和实验方法获得了不同流量工况下通风机内部流场。基于熵产理论,建立了通风机叶轮内不可逆能量损失理论模型,明确了叶轮内不可逆能量损失与空间流场参数的内在关系,实现了叶轮内不同类型能量损失的定量分析,结合叶轮内流动特征,明确了能量损失空间演化规律和产生原因。研究结果表明,熵产方法计算叶轮内不可逆能量损失是可靠的,直接黏性耗散损失和壁面摩擦损失是能量损失的重要组成部分,而湍流耗散则是引起能量损失的主要原因,达到总能量损失的60%~80%;对于前级叶轮,湍流耗散引起的能量损失在1.0Q_(BEP)流量工况(Q_(BEP)为最优工况流量)达到最小,而后级叶轮能量损失随流量的降低而增大。能量损失主要集中在Span=0.6~1.0(Span为叶展方向轮毂至机壳的无量纲距离)区域,在1.0Q_(BEP)工况达到总能量损失的70%;叶顶间隙泄漏流和叶片前缘溢流引起的螺旋旋涡、叶轮内回流、叶片压力面和吸力面流动分离以及叶片后缘尾迹都将导致能量损失产生,其中流动分离和尾迹引起的高能量损失区域较小,能量损失相对有限,而旋涡和回流显著影响叶轮内流体流动,最终导致叶顶附近区域出现大量能量损失。

基于热负荷均匀分配原则的直接空冷系统轴流风机转速灵活调节策略

在直接空冷电站中,轴流风机功耗占厂用电比例较高。为获得更为高效的风机运行调整策略,以某典型2´600 MW直接空冷机组为例,基于热负荷均匀分配原则,采用数值模拟方法,研究轴流风机转速灵活调节策略。获得不同环境温度和风速条件下,各轴流风机转速分布规律以及通过空冷凝汽器单元的冷却空气质量流量分布规律。最终,计算得到不同环境气象条件下不同轴流风机转速调节策略风机总功耗变化规律。结果表明,基于热负荷均匀分配原则的轴流风机转速灵活调整策略明显优于轴流风机转速整体调节策略,结果可为直接空冷机组优化运行和深层次节能提供参考。

叶片背面改型对轴流风机性能和压力脉动特性的影响

以小型轴流风机为研究对象,设计了光滑、凸槽、凹槽3种不同叶片背面形式的风机模型,并采用SST k-ω湍流模型研究其定常性能和非定常压力脉动特性。研究结果表明,3种轴流风机模型的全压-流量特性曲线基本一致,差别不明显,即叶片背面增加凸槽或者开槽对轴流风机的外特性影响较小。此外,叶轮和导叶各个监测点处的压力脉动规律一致,其脉动主频均位于叶频及其倍频处,脉动幅值随着倍频增加而减小。模型model 1由于凸槽叶型对流体的调制作用,叶轮流域内流体分布更加均匀,其压力脉动强度最低,而模型protype 0和model 2的叶片调制作用较弱,其内部流体脉动较为强烈,压力脉动的幅值也较高。综合轴流风机效率和噪声指标,模型model 1不仅能保证风机的全压性能,还能实现较小的脉动,其综合性能最佳。

矿用对旋主通风机周向槽机匣处理扩稳机理研究

为了提高对旋风机的稳定裕度,采用数值模拟方法,将周向单槽机匣处理技术应用于FBCDZ-No20型对旋风机的扩稳,探究了周向槽的轴向位置对风机气动性能和扩稳能力的影响。研究表明:对前级叶轮进行周向单槽机匣处理,可以提高对旋风机的稳定裕度,且周向单槽的轴向位置对风机的气动性能和扩稳能力均具有影响;当周向单槽位于前级叶片的前缘和25%叶顶轴向弦长时,风机可以获得可观的稳定裕度提高量,但峰值效率损失较大;当周向单槽分别位于50%、75%的叶顶轴向弦长和尾缘时,扩稳效果逐渐减弱,相应的效率损失也逐渐减小。周向槽是通过抽吸叶片压力面前缘的低能流体,并将其沿周向输运至叶片吸力面的前缘喷出,从而增大了前级叶轮进口相对气流角及叶顶泄漏流的轴向动量,改变了叶顶泄漏流的轨迹,抑制了前缘溢流与尾缘处的边界层分离,进而减轻叶片通道内的流动堵塞,推迟了失速的发生而实现扩稳。采用前级周向单槽机匣处理并未改变对旋风机的最先失速级和失速起始类型。

加速型IGV对高负荷轴流风扇性能影响研究

目的为了进一步提升小型高负荷轴流风扇在微小空间的高通流及高负荷能力,提出一种加速型进口导叶(IGV)结构设计方案。方法采用三维设计软件Pro/E设计不同加速型IGV,通过数值模拟方法研究其对风扇不同流量系数下的压力系数、全压效率以及流道损失的影响。结果采用加速型IGV使得风扇流道内通流能力增强,叶片尾缘气流延缓分离,下游流动更加均匀;随着进口气流加速程度的提高,设计工况点全压效率基本呈单调递增的趋势;相比无加速IGV风扇,当IGV加速程度为1.1、1.2时,在设计工况点,风扇压力系数提升百分比为1.61%,1.24%,效率分别提升了3.49%,5.05%;IGV的加速程度从1.0增至1.5时,风扇效率提高6.69%。结论在小型高负荷轴流风扇中,加速型IGV与无加速IGV相比,加速型IGV对风扇压力系数以及效率的提升具有更优的效果,并且IGV加速程度也并非越大越好,当加速程度为1.1、1.2时风性能表现最优,为小型高负荷轴流风扇的研究提供相关设计参考。

有限空间内电子芯片风冷系统的优化研究

芯片的冷却问题已经成为限制电子设备发展的技术瓶颈之一。本文通过数值模拟,对某人脸识别电子芯片在有限空间内的散热问题展开优化研究。研究芯片温升与轴流风扇流量、进风面积、芯片工作功率的关系,并通过多目标优化得到更加符合当前目标需求的芯片及风扇的工作参数。研究结果表明,轴流风扇流量从0增加到9CFM范围内,芯片温升下降约56%;风扇进风面积从0.031 m^(2)增大到0.196 m^(2),芯片温升上升13%;随着芯片功率增加,芯片稳定工作的温升呈线性提升。通过多目标优化设计,得到的芯片及风扇的工作参数为P=5.87 W,Q=1.056 CFM,A=0.041 m^(2)。

电站空冷岛轴流风机模型研究

【目的】轴流风机作为直接空冷系统的主要设备,其气动性能对于直接空冷系统的流动换热性能具有重要影响。由于空冷岛的流动换热问题在空间几何上跨越了多个尺度,采用实验方法进行研究较为困难,通常利用数值模拟的手段进行研究。因此,对于现在大多数模拟工作中采用的简化风机集总参数模型(简化模型)的准确性进行讨论分析十分必要。【方法】采用数值模拟的方法,分别建立了包含风机叶片的实体风机模型(实体模型)和简化模型。分别研究了不同温度、风速、风向角条件下采用实体风机和风机模型对于电站冷端系统输运性能的影响规律,通过对比分析获得了各个工况下的空气侧压力场和流场的分布规律,并对采用不同风机模型的电站冷端系统各个空冷凝汽器单位的轴流风机冷却空气压降和流量进行了统计和对比。【结果】实体模型与简化模型的差异主要体现在低流量区,且风速越大,差异越明显。【结论】研究结果可为提高电站冷端系统数值模拟研究的准确性提供参考。

煤矿对旋轴流通风机的振动响应特性分析

为进一步探究煤矿对旋轴流通风机设备可能的优化路径,从振动响应分析的角度着手,对煤矿轴流通风机流场进行仿真分析,通过分析压力-时间变化情况,探究不同轴向间隙和径向间隙对煤矿对旋轴流通风机的振动响应特征。并根据分析结果,确定了较为合理的轴向间隙与径向间隙取值范围,以期为后续的对旋轴流通风机优化设计提供更多参考借鉴。

进口导叶载荷分配对小型高压轴流风扇气动性能的影响研究

目的针对小型高压轴流风扇气动性能的优化设计,提出对进口导叶与动叶不同载荷分配进行研究,寻找合适的分配规律以达到气动性能优化的目的。方法根据进口导叶与动叶分配的不同载荷比,设计相应的进口导叶预旋角度、动叶安装角,利用Pro-e三维建模软件建立风扇模型,并通过数值模拟,采用ICEM进行网格划分,在Fluent求解器中选择合适的控制方程与边界条件进行计算,对不同风扇模型的气动特性、压力分布、速度分布、湍动能分布及内部流场进行研究分析。结果在小型高压轴流风扇设计中,进口导叶因负偏转而承担的载荷不同,对风扇气动性能影响较大。进口导叶气流预旋角在30°~50°区间内变化时,在设计工况附近,进口导叶负预旋偏转角越小,即设计载荷比例越小,风扇整体压力系数则越高。在设计运行工况点,5种风扇模型的压力系数差异可达9.54%,全压效率相差2.49%;当气流预旋角度大于30°时,即设计载荷比例ξ超过32%时,高负荷轴流风扇压力系数从0.332逐步下降到0.303,全压效率也呈下降趋势。结论当进口导叶气流预旋角度控制在30°以内时,叶片中后部压力梯度较小,圆周方向上的速度梯度减小,叶片尾缘处的附面层分离得到改善,气体流动平稳,降低了动叶进口的气流畸变,有效控制了进口导叶与动叶之间的流动损失。

采用仿海鸥翼型叶片提升轴流风机气动性能的研究

为提升轴流风机的气动性能,受到具有良好滑行飞行性能的海鸥翅膀独特的翼型结构的启发,本文研究通过提取海鸥翅膀特定截面位置处的翼型结构应用于轴流风机的叶片设计中,考察了叶片仿生设计对空调器用轴流风机气动性能的影响。首先采用数值计算方法求解定常流动雷诺时均Navier-Stokes方程,对仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动性能及其内部流场进行分析,然后采用大涡模拟方法和FW-H声类比方法对轴流风机的气动噪声进行数值预测。结果表明:在相同的设计转速下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动效率提高了3.1%;在相同风量条件下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的噪声相比于原型风机降低了约1.0dB(A)。采用仿海鸥翼型叶片,风机叶片表面的静压分布均匀,叶片中段的压力脉动明显减少。同时,在风机进口轮毂处和叶顶区域,流动分离被抑制,叶片尾迹涡脱落引起的气流脉动和气流不均匀性相对减弱,这就有效提升了轴流风机的气动性能。

空调机组外转子轴流风机异音分析

针对一起地铁车辆空调机组用外转子轴流风机轴承异音和卡滞故障,根据故障现象对电机进行了拆解和分析,找到了故障原因,并提出了改进措施。

基于小波变换的轴流风扇2阶叶频噪声机理分析及叶型优化方法研究

为了研究空调室外机轴流风扇2阶叶频噪声产生来源和抑制方法,采用大涡模拟仿真,结合能谱分析和小波分析方法,识别影响2阶叶频噪声的典型流场位置和流动结构,对风扇叶型优化设计方法进行研究和试验验证。结果表明,2阶叶频噪声主要受风扇与周围部件的间隙及叶尖出口区域流动的影响,通过增加风扇与隔板间隙9 mm,即可降低2阶叶频噪声6 dB;针对风扇的优化设计方法,前加载叶型可显著降低2阶叶频噪声,而通过调整周向积叠线,可将不同叶高区域2阶叶频噪声相位差控制在π/3,从而抑制幅值叠加,实现降低2阶叶频噪声6.7 dB。研究结果可为空调室外机轴流风扇的叶频噪声优化提供技术参考。

动调轴流风机智能监控和节能运行的实现

动调轴流风机作为燃煤机组的重要辅机之一,超低排改造后,由于烟气侧系统阻力增加,引风机失速等故障率较高,在实际燃煤电站运行生产中,生产人员无法直观判断引风机运行工况点在性能曲线图中的位置,不能直观掌握风机工作状态,失速现象的产生不能提前预警。同时,3大风机厂用电率较高,缺乏有效的节能手段。因此,实现引风机的智能监控和不同工况下送引、风机的节能运行具有重要意义。实验证明,通过建立智能监控模型,为技术人员提供实时可视化监控画面,实现引风机进行实时监控和失速预警,保障机组安全运行;通过建立送、引风机节能运行模型,为技术人员提供最优氧量调节区间,能够降低风机的厂用电率,提升机组运行的经济性。

后置导叶对轴流风机性能的影响

为提高传统轴流风机气动性能,扩大其有效工作区间,以某轴流风机为研究对象,采用数值模拟与试验相结合方式,通过单因素分析和响应面分析方法,研究导叶圆弧半径、圆弧角度、切角对风机性能和流场的影响。结果表明:导叶圆弧半径、圆弧角度、切角的较优区间分别为1500~2300 mm、35°~45°、0°~14°;在最大体积流量下,随着圆弧半径和圆弧角度的增大以及切角的减小,全压和全压效率逐渐增大;在体积流量为70 m^(3)/s和50 m^(3)/s下,随着圆弧半径和圆弧角度的减小以及切角的增大,全压和全压效率逐渐增大;通过响应面分析,当圆弧半径为1940 mm、圆弧角度为35°、切角为14°时,风机性能取得最优。经数值模拟验证,相比原型风机,优化后风机全压提高5.3%左右,全压效率提高4.8%左右。

轴流风机叶片的模态与动力学响应分析

以矿用轴流风机叶片为研究对象,通过SolidWorks建立叶片的三维模型,在ANSYS中对轴流风机的叶片进行模态和动力学响应分析。研究发现,振型位移的峰值出现在第11阶固有频率;叶片在运行过程中,应力集中发生在叶片、叶轮联接处,叶尖处易发生大变形。为轴流风机叶片的结构改进和优化提供理论基础。