采用分组模型的高比转速离心风机改进设计

为了提升某高比转速离心风机的气动性能,采用分组设计的方法,结合试验和数值模拟依次对原始风机的叶轮、蜗壳和集流器进行了改进设计。结果表明：叶轮前盘型线对高比转速离心风机的气动性能影响较大,仅对叶轮前盘型线改进设计后,风机的全压和效率分别提升了9.64%和8.91%;双圆弧叶片相较于单圆弧叶片具有更高的设计自由度,可实现对叶轮内部流动更加精细的控制,当双圆弧叶片的相对半径系数和相对叶片角系数分别取0.7和0.3时,全压效率值为87.43%;经过分组改进设计后的风机在设计工况下的全压和全压效率较原始风机分别提升了17.84%和12.79%,最高效率值为88.58%,内部流场得到优化,流动损失明显减小,性能得到全面提升。采用分组模型的改进设计方法可以有效地提升离心风机的气动性能,具有实际工程应用价值。     

离心叶轮叶片载荷分布优化设计

以某离心风机为研究对象,基于三元反问题设计方法,将离心叶轮的轮盘、轮盖侧叶片载荷分布及叶片尾缘倾斜作为设计参数,利用响应面法与多目标遗传算法组合优化的方法进行优化设计,将翼型叶片优化为三元单板型叶片。数值模拟结果表明:优化叶轮相较于原始叶轮在设计工况下的全压效率提高了1.3%,在全工况范围内,叶片出口非工作面靠近轮盖侧的流动分离现象也得到了明显的改善,全压效率均有明显提高。     

大功率机车用轴流冷却风机叶轮气动性能优化

本文基于人工神经网络代理模型对某大功率机车用轴流冷却风机叶轮进行优化设计。采用S-A湍流模型和求解三维雷诺平均N-S方程分析叶轮内部流动,以叶片中弧线进口角、出口角和叶片的安装角为设计变量,优化目标函数选择效率和静压升。设计点采用随机离散层取样方式,在几何参数的设计范围内生成样本并进行三维流动分析,以得到目标函数的模拟值;取不同自由参数可变范围,多次优化。优化设计结果与原始模型相比提高效率1.5%,静压升提高87Pa,其非设计点性能也均有所提高,满足设计需要。     

新一代核级离心通风机气动设计与数值优化

本文采用离心通风机现代气动设计方法,选用效率高、噪声低的后弯叶轮,对核级风机进行初步设计并对风机内部流场进行三维数值模拟。通过分析风机全压、效率及内部流场,分别对风机叶片数目、叶片进口角、进口加速系数等参数进行优化,优化后风机效率达到87.74%,全压5 328.6Pa,符合设计要求。样机的性能测试结果表明,在设计工况下,离心风机的效率可达87%以上,数值模拟与试验结果符合,所设计的离心通风机效率、全压符合实际核电站大气安全壳内通风系统的使用要求。     

蜗壳及叶片外形对双吸式多翼离心风机性能影响的试验研究

以某款效率低、全压低的双吸式多翼离心风机为实验对象,通过试验研究蜗壳型线,叶片外形以及增加叶片数对风机性能的影响。试验结果表明:蜗壳型线的变化趋势对双吸式多翼离心风机的性能有着很大的影响,良好的蜗壳型线不仅提高了风机效率以及全压,还改变了流量-压力曲线的变化趋势;相比原风机,采用改型蜗壳及改型叶轮的方案2风机能够大幅提升风机性能,使效率提升幅度达到10.93%,风机全压提升近40Pa;当叶片数从46片增加至56片,风机在大流量工况下提升了风机静压,但风机效率会略有下降。     

双进气后向离心风机的气动性能数值模拟及其改进

首先对某双进气后向叶片的离心风机性能进行试验和数值模拟对比,验证数值模拟结果的精度及有效性;然后在叶轮前盘、轮盘形状和叶片数都相同的情况下,分析了改进叶片型式风机的性能变化。数值模拟结果表明,改进方案风机的全压更高、效率更高,尤其是在大流量区,效率提高5%以上。     

不同前盘结构形式多翼离心风机性能对比研究

叶轮是离心通风机的做功部件,叶轮性能是影响风机气动性能最主要的因素,因而对其进行深入研究具有重要意义。本文通过回顾以往多翼离心风机的研究,并对多翼离心风机内流展开讨论,提出对原型风机的改进方案。主要目标是改善进口附近内流情况,以达到提高原型风机的压力(全压和静压)的目的。提出以下4种方案:前盖板封闭度分别为30%、60%、100%,以及叶轮采用锥形前盘方案。数值结果显示:改变前盖板封闭度能够影响风机性能,在设计工况下,前盖板封闭度为60%时风机静压和全压都为最大;在蜗壳结构不变的情况下,采用锥形叶轮并不能达到提高压力和效率的效果,在大流量下,采用锥形叶轮风机的压力和效率反而会降低。     

板型及机翼型对旋轴流通风机气动性能测试及比较

采用模型性能试验方法，对板型及机翼型叶片的对旋轴流通风机的气动性能进行了比较，通过测量这两种叶型的风机在不同叶片安装角下的流量、全压及轴功率，得到了叶片型线及安装角对风机气动性能的影响规律。试验结果表明机翼型叶片在全压效率、稳定运行范围及高效运行范围比相应的板型叶片具有优越性；在设计工况附近，机翼型风机的第一级叶轮安装角对气动性能的影响较大，而板型风机的第二级叶轮安装角对气动性能影响较大。     

基于Kriging模型和GA-PSO联立算法的离心通风机叶型优化

对离心通风机叶型进行优化能显著提高通风机的效率,这对于发展国民经济和节能减排有重要意义,基于Kriging代理模型和GA-PSO算法对离心通风机叶型进行气动优化,优化目标为气动效率。具体步骤为:首先,采用贝塞尔基函数来进行叶型的参数化表达;其次,建立起离心通风机叶型参数与目标响应的Kriging代理模型;最后,采用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)相结合的GA-PSO联立算法对离心通风机叶型进行以气动性能提高为目标的优化,并得出最优的叶型。优化后风机全压从3 538 Pa提高到3 572 Pa,效率从76.3%提高到80.8%,优化后的离心通风机在全压不低于原始风机全压的情况下,效率明显提高,实现了离心通风机的优化设计。     

考虑叶轮与蜗壳间隙的风机多因素正交优化设计

为了探究叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙改变对风机性能的影响,分析风机性能改善的内部流场机理,获得静压效率更高的风机,将正交试验设计方法、CFD技术和试验验证等相结合,发展了一种基于正交试验设计方法和CFD技术的离心风机优化方法,并将该方法应用于某工业离心风机的优化设计;将叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙和叶片前安装角作为3个独立因素,以静压效率为优化目标,基于该优化方法,对原风机进行多因素多水平的正交试验优化设计。结果表明,优化后风机的静压效率为77.29%,对比原风机静压效率提高了2.54%;叶轮与蜗壳上间隙对风机静压效率影响较大,优化后风机的湍流强度明显降低,二次流损失减小,风机气动性提高。     

防涡圈对离心风机性能影响的探讨

针对某离心通风机模型,研究了防涡圈对风机性能的影响。数值模拟和试验结果都说明了加装防涡圈后全压升和效率有所下降,这与以往的认知不完全一致。设计工况下,未加装防涡圈的通风机全压升比加装长防涡圈的风机高出约4%,效率高出约3%,内泄漏情况也会随防涡圈长度的增加变得严重;从内部流场可以看出,加装防涡圈减小了蜗壳内部的扩压空间,叶轮出口大尺度漩涡更加剧烈,影响了叶轮出口气流方向,并在叶轮出口产生回流现象,降低了通风机的全压和效率。因此认为对于不同压力系数和流量系数的风机,防涡圈对风机性能的影响规律是不一样的。     

基于Kriging模型和遗传算法的泵叶轮两工况水力优化设计

为了拓宽余热排出泵设计高效区的范围,提出了一种基于Kriging近似模型和遗传算法的优化方法。采用拉丁超立方试验设计方法对叶轮叶片的进口冲角?β、包角φ及出口安放角β2进行16组方案设计,并采用ANSYS CFX14.5对16组叶轮方案进行定常数值模拟,选取离心泵设计工况1.0Qd和大流量工况1.62Qd下的效率为水力优化设计目标,建立了效率与叶片三个参数之间的Kriging近似模型,并应用多目标遗传算法对近似模型进行寻优,得到了最优的叶片参数。对原始方案进行外特性试验,数值模拟结果与试验结果基本吻合。优化后,叶轮在两工况下的效率均高于原始泵,效率分别提高了5.53%和2.29%。同时对比优化前后的泵内部速度分布,表明在设计工况和大流量工况下,优化后的叶轮内部相对速度分布更均匀,水力损失较小。提出的叶轮优化方法对泵性能提高提供了有效参考。     

叶轮叶片数对通风机性能的影响

为进一步提升通风机的性能,从通风机出口静压、出口全压及全压效率三个方面进行综合考评,并重点研究前级叶轮叶片数量、后级叶轮叶片数量及不同叶轮叶片数量配合对通风机性能的影响.以FBDZ80型通风机为例,基于数值模拟软件搭建模型并展开相关研究,得出当前级叶轮叶片数量为12、后级叶轮叶片数量为10时对应通风机的性能最佳,为通风机叶轮叶片数量的设计提供参考.     

前缘锯齿形叶片对对旋轴流风机气动性能的影响

针对FBD No.8.0型矿用对旋轴流局部通风机,在叶片前缘部分由叶顶到叶根1/3段内开设锯齿结构。利用ANSYS数值分析软件,对比叶片开设锯齿形结构前后的性能曲线和内流特性,探究了前缘锯齿形叶片在不同锯齿结构参数下的影响。结果表明:在设计工况点下,前缘锯齿形叶片能有效提高叶轮的做功能力和碾压破坏叶片附近的涡,进而提高风机整体性能;一级叶轮前缘开设锯齿形结构对风机气动性能的改善要优于二级叶轮;相对齿高为0.56的一、二级叶轮均使用前缘锯齿形结构叶轮改善风机气动特性效果最佳,其全压与效率分别提高了4.52%和2.53%。     

吸油烟机用多叶离心通风机的数值模拟

针对某一吸油烟机用多叶离心通风机进行了三维建模,采用三维数值模拟方法对多叶离心通风机和吸油烟机机壳内部流场结构进行了分析和实验验证。通过分析原模型的模拟和实验结果,改进了机壳进口和风机叶轮右侧集风圈形式,再对原模型和改进模型进行数值模拟对比分析。结果表明,在大部分工况下,改进模型的全压和全压效率都比原模型有所提升。改进叶轮右侧集风圈形式,表现出更佳的导流效果,蜗舌附近流道内全压升效果更加明显。     

蜗壳变型线改进离心风机性能的研究

采用三维定常、可压缩的SIMPLEC算法,对一离心通风机的运行性能进行了整机三维数值模拟并进行了试验测量.对通风机设计工况下叶轮和蜗壳流道内的速度与压力分布情况进行了重点分析,与试验测量数据的比较结果表明数值模拟结果在全压、效率等性能参数方面的预测均较准确.在此基础上针对流动存在问题,对蜗壳型线进行了改进设计.数值分析表明蜗壳变型线后叶轮内部流场得到明显改善,设计工况下风机静压提高10%,全压提高6%,全压内效率提高2.6%.     

叶栅稠度对多翼离心风机性能影响的研究

用数值模拟方法对风机的性能参数和三维流场结构变化进行分析,研究叶栅稠度对小型多翼离心风机性能的影响。数值模拟结果表明:多翼离心风机的流量、全压、全压效率都随叶栅稠度增大先增大后减小,存在最佳稠度使风机的性能最优;叶栅稠度小时,叶片的负荷大,叶轮容易产生大尺度流动分离,尤其是在径向速度较小的叶顶附近,严重时可能造成风机失速,流动损失增大,风机性能下降;叶栅稠度大时,叶片表面积大,附面层摩擦损失大,风机效率低,同时叶片数多使叶轮通流面积减小,流动阻塞,风机流量降低。     

可逆地铁风机用翼型优化设计与验证

作为叶片设计的基本组成单元,可逆翼型的选取对整机性能的影响起着重要的作用。以性能较好的R18可逆翼型作为初始翼型,通过翼型优化方法得到一款优化翼型。利用Numeca软件对R18翼型构建的叶片进行气动性能计算并与标准风机试验台的数据进行比对,验证该数值方法的可靠性。在此基础上采用两种翼型构建两种叶片模型并用Numeca软件计算气动性能,以此对翼型优化的设计效果作出评价。研究结果表明：在设计攻角范围内,优化翼型的升阻力特性均高于R18翼型;且在设计工况范围内,优化翼型设计出的风机全压提升5.43%,效率提升0.905%。表明该翼型优化设计方法确能提高设计出的可逆地铁风机气动性能。     

多翼离心风机叶片的结构改型设计与试验研究

为了研究翼型叶片结构参数对多翼离心风机性能的影响,本文以某家用抽油烟机为研究对象,结合数值模拟和实验测量的方法,通过改变叶片弦长和相对弯度,对原风机进行改型设计。研究结果表明,适当增大叶片弦长和相对弯度,有利于提高翼型升阻比,减小蜗壳内旋涡区域。分析改进前后风机气动性能和噪声测试结果可知,叶片改型后风机性能得到明显提升,变弦长处理和变弯度处理后风机最大全压效率分别提高4%和5%,低频段平均降噪5.5dB和4.8dB。     

特小比转数的后向离心通风机的研究与开发

针对一台比转数为9的前向通风机，保持风机设计参数和叶轮直径不变，改为后向通风机来提高性能。利用气动性能数值预估对叶轮和蜗壳的主要参数进行优化后，再对无叶扩压器的大小和叶轮与蜗壳的相对位置进行优化，减少摩擦损失，最终得到的后向通风机测试结果，全压和效率均提高了11％。