导叶扩压式风机的结构设计及优化

发布时间：2017-06-28 03:06

  本文关键词：导叶扩压式风机的结构设计及优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：通风机是工业及日常生活中被广泛应用的叶轮机械。在特定工程应用时,为了利用原动机的轴功,精简流程,节省空间,需要将引风增压集成到设备系统中,有必要设计一套内嵌式的增压风机。传统的蜗壳式离心风机,由于蜗壳径向尺寸相对较大,很难内嵌入空间有限的设备中,且气流出口方向多为切向,不能满足内嵌式风机流场要求。因此,本文提出设计内嵌式增压风机,依据结构特点又称为导叶扩压式风机。文中对叶片式扩压器进行设计及优化,有效减少设备径向尺寸；设计及分析参数化出口导向叶片,改变气流出口方向。通过简化三维模型,对其内部流场及计算结果进行分析,研究了结构参数和操作参数对各个元件及整机性能的影响,结果表明：(1)在小流量、径向尺寸小、大升压、风机出口需要转向的设计要求下,叶轮、叶片式扩压器及出口导向叶片之间的匹配方案是一个很好的尝试,对其进行合理设计,在设计工况下,整机的全压效率为78%,静压效率为77%,经济运行区的流量为0.15kg/s-0.32kg/s,稳定工况区在0.17kg/s以上。(2)风机内部动能和静压能间的能量转化通过两步实现。叶片式扩压器的动能转化率为62%,占总动能的52.7%,大多数能量在其内部实现第一次转化；出口导向叶片动能转化率为85%,占总动能的12.75%,较少数能量在其内部实现第二次转化。整机总体动能转化率为65.45%,能量利用率达到要求。(3)叶片式扩压器对整机性能影响较大的结构参数是扩压器的叶片内外直径、扩压器宽度和叶片包角；出口导向叶片对整机性能影响最大的结构参数是圆弧段包络角。出口导向叶片对整机性能影响较小,叶片式扩压器对整机性能影响很大,合理设计叶片式扩压器是确保整机性能良好的重点。(4)流量改变对导向叶片的动能转化率基本没有影响,但是对叶片扩压器的动能转换率有很大影响：随着流量增加,叶片扩压器的能量转化率单调下降,在小流量范围内变化缓慢,大流量范围内变化急剧。分析结果表明：当流量增加到设计流量的1.4倍时,扩压能力和整机性能明显下降。
【关键词】：离心通风机 叶片式扩压器 导向叶片 效率 能量损失
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH43
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-29
• 1.1 通风机分类10-16
• 1.1.1 离心通风机11-13
• 1.1.2 轴流通风机13-14
• 1.1.3 罗茨式通风机14-15
• 1.1.4 混流式通风机15-16
• 1.2 离心通风机的研究方法及发展现状16-19
• 1.2.1 理论分析法16-17
• 1.2.2 实验分析法17-18
• 1.2.3 数值模拟法18-19
• 1.3 离心通风机简介19-28
• 1.3.1 离心通风机性能评判主要参数19-23
• 1.3.2 离心通风机的结构参数23-24
• 1.3.3 离心通风机叶轮中的相对运动与气流参数24-25
• 1.3.4 离心通风机的基本方程25-28
• 1.4 本文主要研究工作28-29
• 2 风机主体结构确定和气动设计29-36
• 2.1 设计思想29
• 2.2 叶轮设计29-31
• 2.2.1 叶片形式及进、出口安装角的选择29-30
• 2.2.2 叶轮其他参数设计30-31
• 2.3 叶片扩压器设计31-35
• 2.3.1 扩压器结构设想31-32
• 2.3.2 扩压器叶片形式及进出口安装角确定32
• 2.3.3 其他主要参数初步设计32-33
• 2.3.4 圆弧叶片几何尺寸计算及相关物理参数推导33-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 风机主体结构数值模拟及优化设计36-64
• 3.1 数值模型建立36-46
• 3.1.1 几何建模36-37
• 3.1.2 网格划分37
• 3.1.3 控制方程37-38
• 3.1.4 湍流方程38-43
• 3.1.5 多重参考系(MRF)模型43-45
• 3.1.6 边界条件设置45
• 3.1.7 网格无关性检验45-46
• 3.2 计算结果分析46-50
• 3.3 扩压器优化设计50-62
• 3.3.1 叶片包角角度分析50-53
• 3.3.2 扩压器冲角角度分析53-55
• 3.3.3 扩压器宽度分析55-56
• 3.3.4 不同宽度扩压器与流量的匹配问题56-58
• 3.3.5 叶轮外径与扩压器叶片内径的间隙分析58-59
• 3.3.6 扩压器叶片外直径大小分析59-61
• 3.3.7 扩压器优化前后结构参数、性能及流场比较61-62
• 3.4 本章小结62-64
• 4 风机出口结构设计及整机性能研究64-79
• 4.1 结构设计思想64
• 4.2 参数化叶片设计64-69
• 4.2.1 叶片曲面方程的建立64-65
• 4.2.2 叶片准线方程的确定65-68
• 4.2.3 导向叶片参数68-69
• 4.3 整机模拟及分析69-72
• 4.4 导向叶片参数变化对整机性能影响72-77
• 4.4.1 内缘进口角角度分析72-74
• 4.4.2 叶片个数分析74-76
• 4.4.3 包络角角度分析76-77
• 4.5 本章小结77-79
• 结论79-81
• 参考文献81-84
• 致谢84-85

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 屠秋野;周莉;蔡元虎;;叶型上局部凸起对扩压器性能影响的数值研究[J];航空计算技术;2010年05期

2 范孝铨;;一种高性能离心式压气机用的新式低造价扩压器[J];国外内燃机车;1972年05期

3 李殿镇;;来流予旋的环形扩压器性能的估算方法[J];汽轮机技术;1983年02期

4 方良伟,陈晓;进出口条件对二元亚音速扩压器的流动和性能的影响[J];工程热物理学报;1984年02期

5 魏雨臻;茅声

本文编号：492242