尾缘凹陷对开式轴流风机气动性能的影响研究

发布时间：2020-09-29 15:42

　　开式轴流风机由于其叶顶区域导流罩只覆盖叶顶靠近尾缘的部分区域导致该区域存在非常复杂的涡流场,同时其内部流动又是一种极为复杂的的非定常三维流动,因此学者们一直致力于对其进行节能降噪改型优化。尾缘改型就是其中的方法之一。本文由鱼类为高效游动而进化出向内凹陷的尾鳍受到启发,将其运用于开式轴流风机尾缘凹陷改型优化之中。运用仿生学手段,仿照鱼类尾鳍凹陷的形状设计了不同的凹陷结构,并针对其中最优结构进行了结构参数的优化,探究了其对开式轴流风机外特性、压力场及叶顶区域流动的影响规律,旨在为开式轴流风机的尾缘优化改型提供一定的指导和建议。(1)采用仿生学方法,仿照鱼尾鳍凹陷形状设计了样条、梯形、三角、圆弧四种尾缘凹陷结构,采用数值模拟和实验测试对比其气动性能,结果表明:在同转速下,各凹陷改型方案的全压和功率均降低;提升转速使工作流量处做功相同,各方案的功率均低于原型,效率提升,其中样条结构明显优于其他凹陷结构,模拟状态下的节能率为6.51%,实验测试状态下节能率为14.33%,节能效果显著;凹陷方案的叶片载荷降低,分布更加均匀,同时有效减弱叶顶泄露涡和叶尖涡的强度,对叶根处的角区分离有一定的抑制作用,并减弱了叶顶尾缘处的尾迹强度。(2)噪声实验显示相同做功条件下,各凹陷结构在整体声压级上与原型机差别不大,但是能有效降低低频段内的声压级峰值和改善声压级分布的均匀性,低频段噪声峰值降低2~4dB,有效改善风机的声音品质。(3)以样条结构为基础改变凹陷深度,同做功条件下,随着凹陷深度的增加,其节能率先增加后减小甚至为负值,在一定的凹陷深度范围内,叶片上的载荷分布得到改善,流动效率增加,但凹陷深度过大会恶化叶片上的载荷分布,降低其流动效率,最优的凹陷深度大致位于16%弦长位置;叶尖涡强度和角区分离随着凹陷深度的增加先减弱后增强,叶顶泄露涡随着尾缘凹陷深度的增加而减弱,凹陷深度过大会产生明显的跨叶片凹陷区域的流动;风机转速随着凹陷深度增加而增加,导致叶片进口气流冲角的增大从而使得前缘分离流动加剧。(4)以样条结构为基础改变凹陷的径向位置,在同转速下,径向位置的改变对风机在小流量下的全压影响较大,大流量工况下的全压基本不受影响。凹陷的径向位置越靠近叶顶区域,其对风机全压造成的影响越小;在做功相同时,节能率随着凹陷的径向位置增加而增大,模拟状态下节能率最高达7.50%;随着凹陷的径向位置的增加,叶片压力面高压区减小,载荷降低,而吸力面的低压区主要在叶顶区域靠近尾缘处有所减小,叶顶泄露涡减弱,同时对叶尖涡和角区分离具有一定的抑制作用。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH432.1
【部分图文】：

轴流风机,开式,结构示意图

探寻其结构参数对其气动性能和内部流动的计和改型优化提供一定的参考依据。风机研究现状式轴流风机其内部流动是一种极为复杂的非定常三维流开式轴流风机的导流罩只覆盖靠近尾缘的局部区域，给出了其主要部件：轮毂（Hub）、叶片（Blade）、导流进口处的流动示意图，气流从轴向和径向两个位置进入，叶轮进口处存在电机支架和换热器，使得其内部流动的主要原因之一。开式轴流风机作为空调室外机的主要热、噪声性能都具有重要影响。因此国内外学者采用实析等方法对其内部流动、噪声做了大量研究。

鱼尾,类型,凹陷结构

华中科技大学硕士学位论文次要因素。缘凹陷结构起源亿万年的进化，生物为了适应环境而形成了在空气或者水等流体能力，为我们提供了非常多的设计灵感和思路，由此也引发了仿针对鱼类在水中能够高速游动并且具有良好的姿态控制能力，对方式及高效原因进行了理论、数值分析研究，其中包括了生物整0，41]、生物局部运动器官[42-47]的研究等。

尾缘,轴流风机,开式,鱼尾

华中科技大学硕士学位论文研究了典型的鱼尾形状的扑板的运动性能，与无叉板相比，鱼尾形分叉板具有更好的运动性能和更高的效率，尾流分析表明：鱼尾形分叉板的尾流包括一连串反向马蹄形涡旋结构，诱发后向喷流产生正向推力并具有更好的方向性。2017 年，T VanBuren[52]等研究了不同尾缘形状对固定刚性板尾迹和推进性能的影响，研究发现尾缘凹陷能够延迟自然涡旋的弯曲并且减弱尾迹。

【参考文献】