冷却用弯掠轴流风机的变型设计与数值分析

采用Navier-Stokes方程和标准κ-ε湍流模型,对已有的某弯掠轴流风机进行数值模拟,并与实验结果进行对比,验证了数值方法的准确性。为满足给定的性能要求,以该风机弯掠叶片为基础,利用变型设计方法得到四种结构的叶轮并对其进行数值模拟和性能预测。比较分析Z=5时3种结构叶轮出口轴面全压分布云图及叶顶径向回转流面上流线分布图:叶顶前缘高压随叶片安装角的增加而增大;回转流面上流线分布均匀,叶顶吸力面前缘存在小的涡流区域,且随叶片安装角增加而增大。

掠动叶对微型轴流风扇气动-声学性能的影响研究

轴向掠是叶片的径向成型方法之一.本文基于Fluent软件分别对具有前10°、后掠10°和径向0°动叶的三种风扇模型进行了定常流场和非定常流场的数值模拟,然后基于FW-H积分完成了风扇流动噪声的远场辐射计算,研究动叶的轴向掠对小尺寸轴流风扇气动与声学性能的影响。结果表明,前掠叶片和后掠叶片使风扇的全压在大流量工作区域低于0°径向风扇,内效率也略有降低.在气动声学性能方面,研究结果表明前掠不利于本文所研究的微型轴流风扇气动噪声的抑制,但后掠动叶降低了风扇的噪声,相比径向风扇,后掠风扇的远场噪声总声压级约下降1.1 dB。

三维叶片技术对离心风机气动性能的影响

将弯、掠叶片的三维设计技术应用于离心风机叶轮,根据积叠线在周向和子午面内的变化,分别研究正弯、反弯、前掠、后掠、前倾、后倾、前掠正弯和后倾正弯8种叶片。通过比对不同三维设计叶片的整体气动参数、展向的总压损失分布和全周流道不同叶高的相对速度分布云图,研究不同叶片对叶栅流道气动性能和分离流动的影响。数值模拟计算结果显示,后倾、前掠、正弯、前掠正弯和后倾正弯叶片对风机的气动性能起到一定的正面影响,能有效降低叶栅流道前盘端区的总压损失,控制叶轮全周的分离流动;而前倾、后掠和反弯叶片则造成叶片在气动性能上一定程度的恶化,损失沿叶高增加,叶轮全周的流动情况均一定程度恶化。

轴流压气机设计中“掠"的另类认识

本文回顾了“掠”的历史发展,对“掠”机理进行探讨,给出了关于轴流压气机设计中“掠”问题的另类认识: “掠”仅是叶片设计的一个自由度,其通过叶片基元负荷全工况范围内的展向匹配影响轴流压气机失速裕度;通过激波、附面层、叶尖泄漏流、二次流等因素对效率产生影响,这是个折衷过程。

动叶前掠角与小型轴流风扇气动性能的关系

对某小型轴流风扇原型、前掠10°、前掠20°和前掠30°改型风扇的三维流场进行了数值模拟,重点研究了动叶前掠角与风扇气动性能的关系.结果表明:当前掠角增大到一定范围后,前掠动叶对风扇的全压和效率有提升作用,尤其在设计流量以下的区域,前掠20°风扇使风扇的全压和效率提高了约10%和6%;从叶片表面的静压分布看,前掠动叶加大了上半叶高的载荷分布,增强了叶片的做功能力;前掠设计可以减少叶顶的湍动能,减少间隙流动损失.

掠叶型对小型轴流风扇性能的影响研究

利用Fluent软件对某小型轴流风扇及其前掠10°和后掠10°改型风扇的三维流场进行了数值模拟,研究动叶轮的掠型对风扇性能的影响。数值分析表明前掠叶片增大了风扇的流量,降低了流动损失;后掠叶片风扇降低了气动性能,不仅使风扇的做功能力减少,而且大大增加了流动损失。

电厂中高稳定性节能轴流风机的实验研究

电厂中的风机既要有很高的运行稳定性，又要有较高的运行效率。对两组轴流式风机分别在保持相同转速和相同最高压比点参数的条件下，进行气动性能的实验研究。结果表明：具有弯掠动叶的轴流风机不仅提高了运行效率，而且能大幅度地拓宽稳定运行范围。根据实验结果，分析了其高稳定性和节能优点的机理。

轴流式弯掠动叶变工况气动──声学性能的实验研究

本文介绍了变工况下，两台具有相同几何参数（动叶弦长除外）的轴流试验风机进行的气动一声学性能的实验研究。一台动叶是常规（径向）动叶，另一台是弯掠动叶（其弦长在中往处增加２０．４％。实验表明：在相同转速条件下，弯掠动叶轴流风机与径向动叶风机相比，不仅提高了气动效率（３％左右），降低了气动噪声（２～４ｄＢ（Ａ）（在最高效率点处，弯掠动叶与径向动叶相比压升增加了１３．１％，流量增加了５％），而且还大幅度地扩大了稳定工作范围（２０％左右）。弯掠动叶在旋转失速工况下性能曲线平坦，并且其旋转失速特征参数明显不同于径向动叶。弯掠动叶的总声压级和噪声频谱也表明了弯掠动叶具有低噪声的特点。

低压轴流风扇性能的改善

在轴流叶轮常规准三维设计方法的基础上，采用前缘弯掠技术，运用CFD／CAD方法对空调器轴流风扇进行耦合设计，并且应用三维纳维一斯托克斯方程和spalart-Allmaras湍流模型分别对国外样机风扇和新风扇进行了数值分析与性能实验．实验测试结果和内流计算结果符合较好，验证了设计方法的可行性和数值计算的有效性．研究结果还表明，采用大前弯角度和前掠角度的新轴流风扇减小了叶道中二次涡的影响范围，主流区域增大，基本消除了前缘分离现象；在气动性能基本保持不变的情况下，风扇噪声可降低0．5～1．3dB（A级声压级）．

周向弯曲方向对弯掠叶片气动-声学性能影响的实验

以具有相同几何参数的常规径向叶片、周向前弯和周向后弯叶片为研究对象,对旋转动叶片周向弯曲后叶轮的气动和声学性能进行了对比试验研究。同时采用五孔探针半对向测量方法研究了周向弯曲后出口气流参数沿叶高的分布规律。结果表明,与原型径向叶轮相比,在保持叶片几何参数不变,仅引入周向弯曲后,无论周向前弯还是后弯,均导致叶轮的效率和压升降低。叶片周向前弯可以有效地降低气动噪声,大幅度地增加风扇的喘振裕度。在相同的周向弯曲角度下,采用周向前弯技术明显优于周向后弯。此外,研究表明弯掠叶片径向力对于气流参数沿叶高的分布具有较大的影响。周向前弯叶轮改善了叶顶附近的流动状况,但中部叶高区域的损失增加。对于周向后弯叶轮,虽然叶片中部损失减小,但两端部损失增加明显。

新型高效低噪叶片在主通风机中的应用

通过分析风机叶片噪声的类型,研究风机叶片产生空气动力性噪声的机理,采用三元流理论设计出低噪主通风机叶型,并利用模型机试验测试装机效果,筛选出分别符合精密铸造工艺和铆焊工艺的低噪主通风机叶型。

矿用轴流风机弯掠叶片的设计与仿真分析

以矿用轴流风机为研究对象,应用流体分析软件Fluent对风机三维流场进行了数值模拟,仿真得出了前弯、前掠和弯掠3种叶片的压力分布情况及叶片相对流速大小,分析了弯、掠角对叶片压力面及吸力面压力分布和相对流速分布的影响,仿真结果为风机叶片的优化设计提供了理论依据。

高性能前掠三级轴流风扇的设计与试验研究

本文介绍了一台高性能前掠叶型三级轴流风扇的设计与试验研究。该风扇以某涡扇发动机为验证平台,全新设计一台三级风扇代替该发动机原四级风扇,并提高性能。新设计的输入条件为:保持原四级风扇的进出口几何尺寸、总压比、转速和喘振裕度,效率不低于原四级风扇试验值。设计中采用了叶片掠型设计、叶片三维成型技术和三维气动设计分析等先进技术。试验结果表明,新设计的三级风扇流量增加了8%,效率提高了3.5%,超过了设计指标。该新三级风扇串装于某发动机顺利完成地面试车,其不加力最大推力增加464 daN,超过了原计划增加200 daN的指标。

串列叶片式前向离心风机气动与噪声特性的优化研究

对采用串列叶片的某前向离心风机内部三维非定常流动进行了数值计算,重点研究了串列叶片不同叶片相对长度和不同叶片相对周向位置两个参数对风机气动性能及气动噪声的影响。通过响应面方法对数值结果进行二次回归拟合,得到两个参数与风机效率和A声级间的函数关系,并进行了优化分析。数值结果表明:两个参数对串列叶片式前向离心风机效率和A声级均有较大影响,合理的串列叶片设计能够在保持气动性能基本不变的情况下降低风机的气动噪声。将可靠的CFD数值技术与响应面方法结合起来用于指导离心风机的改进及试验设计是可行的,本文的研究结果可为串列式离心风机在节能与降噪的总体设计方面提供参考。

一种高效节能轴流风机的试验及计算(Ⅰ)─—稳定工况性能

试验利用两组轴流试验风机，一组为常规动叶的轴流风机，另一组为弯掠动叶的轴流风机，保持它们具有（除弦长外）相同的几何参数和相同的转速（弯掠动叶弦长增加量为20％左右）。实验结果表明：具有弯掠动叶的轴流风机不仅提高了效率（3％～4％左右），降低了气动噪声（2～4dB），而且还大幅度地扩大稳定工作范围（20％左右）。同时对上述两组轴流风机的气动和声学性能进行计算分析。所研究的这种高效节能的弯掠动叶轴流风机为进一步在电力系统中应用提供了理论和试验基础。

风扇前缘曲线相对前掠对风扇效率的影响

根据风扇前缘曲线相对前掠概念,将其应用于NASA67风扇叶片的改型中,并通过数值模拟研究了三种不同前缘曲线相对前掠程度对叶片通道内气流流动的影响。计算结果表明:前掠叶片改善了风扇的气动特性,降低了流动损失,进而提高了风扇效率。

叶片前缘曲线相对前掠对风扇效率的影响

以NASA67风扇叶片为例,通过流场的三维数值模拟,研究了前缘曲线不同掠弯程度对风扇效率的影响。

基于内部流场分析的离心风机改型设计

本文以某型离心风机为基础,依靠数值模拟的方法,基于对风机内部流场的分析,对其进行优化改型设计。主要分为三个方面:其一,将叶轮的直叶片改型为前掠正弯叶片,控制端区低能流体堆积,抑止叶栅流道分离流动的发生;其二,根据弯掠优化得到的叶轮设计改型风机机壳,以适应弯掠叶轮的出口气动条件;并根据弯掠叶轮与改型机壳内部流动的分析,对叶轮采取根切的优化方法,保持风机全压和流量在合理的大小。得到的优化设计风机,在保持全压和流量基本与原型相等的条件下,效率提高5%以上。

一种高效节能轴流风机的试验及计算(Ⅱ)─—旋转失速工况性能

具有相同的几何参数和气动参数的两台弯掠动叶和径向动叶轴流试验风机（弯掠动叶弦长在中径处加长20．4％），在相同的转速条件下，进行变工况旋转失速前后气动－声学性能的实验研究。实验结果表明：弯掠动叶在旋转失速工况下性能曲线平坦，并且其旋转失达特征参数明显不同于径向动叶。弯掠动叶试验风机的噪声值和噪声频谱表明：弯掠动叶具有低噪声的特点。并通过对比分析多种旋转失速工况的气动噪声计算方案，得到了适于计算弯惊动叶旋转失达工况的气动噪声计算方法。上述实验研究和计算方法为轴流风机的改进设计提供了可靠的依据。

前向多叶风机降噪研究

研究了前向多叶风机的降噪问题。通过对叶轮、蜗壳、进风口、蜗舌、挡风板以及靠近蜗舌出口附近蜗壳上打孔等几个方面的分析研究,给出了风机降噪的改进设计。最后通过计算与实验,证明本文提出的方法是合理、可行的。