新型轴流风机叶轮设计及气动声学性能研究

发布时间：2017-10-28 23:00

  本文关键词：新型轴流风机叶轮设计及气动声学性能研究

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【摘要】：目前的工业用轴流风机存在效率低、噪声大等缺点,轴流叶轮叶片所选用的翼型并结合弯掠特征在提高叶轮气动效率、减小气动噪声及拓宽叶轮稳定工作范围等气动特性上具有优越表现,相关方面的研究越来越广泛和深入,但研究对象普遍集中于低速翼型结合弯掠特征上,对高速翼型结合弯掠特征在低压轴流风机上的研究还相对较少。本文采用孤立翼型设计方法和变环量流型结合三维造型方法并选取以往研究发现的最优积叠线组合方式及弯曲角度设计了具有NACA65翼型的直叶片、正弯和反弯叶片轴流叶轮,并采用计算流体力学方法计算了三种叶轮的气动及叶顶涡声特性,分析了周向弯曲方向对三种翼型叶轮的气动和声学特性影响规律。主要研究内容及结果如下:(1)对具有NACA65-410翼型的直叶片轴流叶轮进行了总体气动性能实验验证,结果表明两者变化趋势吻合良好,平均误差处于10%以内,表明模拟结果真实可信;(2)直叶片积叠线引入周向弯曲后对叶轮气动特性的影响规律并不一致,运行工况处于设计工况以下时周向弯曲可分别降低或提高气动性能;而叶轮工作在设计流量以上一定范围时,正弯后叶轮的气动效率可提高2%左右,全压最高可提高8%;(3)周向弯曲的引入改变了叶片对空气的加功规律,正弯可提高叶片对空气做功能力并改善流道内气流通流能力,反弯则降低叶片做功能力并降低叶顶附近气流通流能力,尤其是叶根附近气流的通流能力;(4)近壁面径向压力梯度因采用周向弯曲而发生变化,正弯可提高径向逆压梯度,有利于限制压力面壁面流动分离脱落的低能流体向叶顶端壁汇聚,但不利于降低输运沿程损失,反弯则降低这一梯度,并造成相反影响结果;(5)周向弯曲使叶顶泄漏涡流动结构改变,正弯使涡的起源推迟,扩散程度降低,涡心径向高度得到保持;积叠线反弯则使叶顶泄漏涡起源提前,涡的扩散程度扩大,涡心径向高度大幅降低,不利于降低叶顶泄漏涡带来的损失;(6)泄漏涡涡声源发展路径与涡发展路径相一致,正弯可降低涡声强度和稳定性,使声源消失加速,反弯则提高了涡声强度并增强了其稳定性,推迟声源消失,不利于削弱叶轮涡声。在轴流叶轮叶片上采用NACA65翼型并结合弯掠特征,对设计的叶轮进行的数值模拟和实验验证所取得的研究结果丰富了超声速翼型在低压轴流风机应用上的研究,为此系列翼型在轴流风机上的研究和应用提供了借鉴。
【关键词】：轴流风机 气动特性 声学特性 叶顶泄漏涡 涡声 数值模拟
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH432.1
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题背景及意义8
• 1.2 弯掠技术研究现状8-10
• 1.3 计算流体力学10-11
• 1.4 NACA翼型11-12
• 1.5 本文主要工作12-13
• 第二章 轴流叶轮气动设计13-22
• 2.1 气动参数设计13-15
• 2.2 叶片及各截面参数计算15-20
• 2.3 附件设计20-22
• 第三章 实验和测量装置22-31
• 3.1 实验装置22-23
• 3.2 风机和实验风道安装及实验条件23
• 3.3 流场测量23-27
• 3.4 五孔探针测量仪器27-29
• 3.5 数据处理29
• 3.6 测试注意事项29-31
• 第四章 周向弯曲叶片叶轮内部流动数值分析31-56
• 4.1 计算方法31-32
• 4.2 控制方程组32-33
• 4.3 数值模型33-34
• 4.4 控制方程离散化34-36
• 4.5 叶轮流场数值模拟过程36
• 4.6 流域网格划分36-38
• 4.7 计算控制设置38
• 4.8 迭代收敛性38-39
• 4.9 结果分析39-54
• 4.9.1 模拟结果与实验对比39-43
• 4.9.2 模拟结果分析43-54
• 4.10 本章小结54-56
• 第五章 顶隙涡及涡声特性分析56-75
• 5.1 叶顶泄漏涡空间发展规律及特性56-73
• 5.1.1 变工况泄漏流空间发展规律56-59
• 5.1.2 变工况上端壁极限流线59-63
• 5.1.3 涡心空间变化规律63-68
• 5.1.4 叶顶间隙能量损失分布68-73
• 5.2 本章小结73-75
• 主要结论与展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文81

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