利用雕鸮羽毛的消音特性降低小型轴流风机的气动噪声

为降低轴流风机的气动噪声,借鉴了雕鸮羽毛的消音机理,将其羽毛的消音特征以条纹结构和锯齿形态的形式,在轴流风机叶片上进行重构,设计了耦合仿生轴流风机。同时采用试验优化的方法,与原轴流风机进行了模型对比试验,研究了条纹及锯齿参数对风机叶片气动噪声的影响。结果表明,耦合仿生轴流风机具有较低的气动噪声值。在1000、1100、1200、1300和1400r/min五种转速下,耦合仿生轴流风机的A声级值最大可分别降低4.9、4.5、4.6、4.9和5.8dB。     

分流叶片周向位置对小型轴流风扇性能的影响

以五叶片的小型轴流风扇为原型,设计出3种不同周向位置分流叶片的模型,采用RNG k-ε湍流模型进行定常数值模拟,对比分析诸模型间的静特性、叶片表面静压分布和涡量分布,选出静特性最佳模型为最优模型对其进行非定常计算,研究其气动噪声性能.结果表明:小型轴流风扇中适当增加分流叶片可以提高静压系数和效率,3种带分流叶片模型叶片表面静压分布均匀,分流叶片可以抑制原型叶片尾缘涡脱落,分流叶片的最优的位置为流道中间,该最优模型前方100 mm处的监测点的A计权声压级在各个频段均低于原型模型,功率谱密度峰值均出现基频处,且最优模型的峰值低于原型.研究结果可以为小型轴流风扇结构优化和降噪提供依据.     

分流叶片周向位置对小型轴流风扇性能的影响

以五叶片的小型轴流风扇为原型,设计出3种不同周向位置分流叶片的模型,采用RNGk-ε湍流模型进行定常数值模拟,对比分析诸模型间的静特性、叶片表面静压分布和涡量分布,选出静特性最佳模型为最优模型对其进行非定常计算,研究其气动噪声性能。结果表明:小型轴流风扇中适当增加分流叶片可以提高静压系数和效率,3种带分流叶片模型叶片表面静压分布均匀,分流叶片可以抑制原型叶片尾缘涡脱落,分流叶片的最优的位置为流道中间,该最优模型前方100mm处的监测点的A计权声压级在各个频段均低于原型模型,功率谱密度峰值均出现基频处,且最优模型的峰值低于原型。研究结果可以为小型轴流风扇结构优化和降噪提供依据。     

基于CFD的大型风力发电机组叶片气动性能研究

为了研究大型风力发电机组叶片的气动性能,提出了基于CFD技术的叶片气动性能分析方法.该方法采用RANS方程结合SST湍流模型,以实现对大型风机叶片二维翼型气动性能和三维气动性能的分析预报.在此基础上,采用二维方法分析了NACA64-618翼型-180°～180°攻角下的气动性能,获得了其失速攻角,与试验数据的比较证明了该方法的准确性;建立了2MW大型风机三维叶轮模型,采用三维方法分析了其气动性能,与GHBladed软件计算结果比较证明了三维方法的可行性.最后,对2MW风机翼型进行了优化,改善了其气动性能.研究方法对于大型风机叶片的设计,优化及新翼型的开发具有重要参考价值.     

于CFD的大型风力发电机组叶片气动性能研究

为了研究大型风力发电机组叶片的气动性能,提出了基于CFD技术的叶片气动性能分析方法。该方法采用RANS方程结合SST湍流模型,以实现对大型风机叶片二维翼型气动性能和三维气动性能的分析预报。在此基础上,采用二维方法分析了NACA64-618翼型－180°～180°攻角下的气动性能,获得了其失速攻角,与试验数据的比较证明了该方法的准确性;进而建立了2MW大型风机三维叶轮模型,采用三维方法分析了其有关气动性能,与GHBladed软件计算结果比较证明了三维方法的可行性。最后,对2MW风机翼型进行了优化,改善了其气动性能。研究方法对于大型风机叶片的设计,优化及新翼型的开发具有重要参考价值。     

基于数值仿真的离心风机叶片优化设计

为了提高离心风机的效率,提出一种基于CFD数值模拟仿真分析的优化设计方法,首先对离心风机内部流场进行数值模拟,然后根据数值模拟获得的风机性能数值进行优化设计。以9-26-10D型离心风机为研究对象,改变叶片相关参数,通过数值模拟计算与分析可得到:当风机的流量在19 000 m3/h附近时,效率较高;将离心风机的叶片数量更改为18片,与16叶片数的原始模型相比,在流量为19 000 m3/h处,风机的全压提高了130.70 Pa,效率提高了1.75%;将离心风机的叶片圆弧半径更改为112.5 mm时,与125 mm半径的原始模型相比,在流量为19 000 m3/h处,风机的全压提高了429.33 Pa,效率提高了5.77%。结果表明:这种方法可以对离心风机叶片进行优化设计。     

小型水平轴风力机叶片仿生设计

为了提高风力机叶片性能,基于家燕翅膀翼型良好的气动特性进行了风力机叶片的仿生设计。采用计算流体动力学,对仿家燕翼型和标准叶片翼型的性能进行模拟和对比,结果表明,仿家燕翼型具有较高升力系数和升阻比。基于家燕翼型进行100 W风力机叶片的仿生设计,并对标准100 W风力机叶片和仿生设计叶片进行数值模拟和风力机效率实验。结果表明:相比于标准叶片,仿家燕风力机叶片展向位置翼型上下表面压力差有较大提高,能有效提高风力机叶片效率,效率比标准叶片提高25%以上。     

水田叶轮仿生增力叶片

根据水牛蹄适于水田等松软地面行走的特性,运用逆向工程技术提取其低行走阻力的外形几何特征,设计了水田叶轮仿生叶片,并确定了水田叶轮仿生叶片的3个关键设计参数。运用试验优化技术得到了影响因素的主次排序和最优水平。试验室土槽对比试验结果表明,仿生叶片提高了叶轮轮叶的牵引和驱动性能,与目前常用的平板叶片相比,产生的最大推进力提高37.8%,轮叶效率极值提高38.3%。水田土壤田间试验结果表明,装配仿生叶片的叶轮在泥脚深度为300 mm的水田具有较好的适应性。     

叶片穿孔小型轴流风扇气动性能的研究

以小型轴流风扇为原型,对其叶片进行穿孔设计,采用k-ε两方程湍流模型和大涡模拟数值分析风扇的内部流场,对比分析原型风扇和叶片穿孔以后风扇的静特性和气动声学特性。结果显示:叶片穿孔后,在整个计算流量下,风扇的静压升稍有下降,但在最佳工况点时,风扇的静压升基本上和原型风扇相当;涡脱落位置更靠近叶顶;在出口区,涡流消失点向下游移动、涡量减弱,风扇的噪声整体减小,但在不同的频段噪声降低幅度不同,在35～45kHz频率范围内,噪声降低幅度最大。这些研究结果说明,在风扇最佳工况点下采用叶片穿孔方法来降低噪声的方法是可行的。     

离心式水泵仿生非光滑增效的试验研究

基于仿生非光滑技术,通过改变离心式水泵中液体的流动结构降低固液界面的阻力,研究了水泵的增效问题。并设计了试验系统,采用L9(34)正交试验,以离心式水泵效率为试验指标,进行了离心式水泵的流量、扬程、电压和电流的测量。对比试验表明,在离心式水泵的有效工作流量范围内,某些仿生改形表面的模型具有十分明显的效果,效率提高最大为3.45%,最大增效率为6.81%。并优化出在两个流量段的主次因素和最优水平,为仿生非光滑技术在离心式水泵中应用的进一步研究提供了前期基础。     

轴流风机仿生叶片降噪试验研究及机理分析

根据长耳鸮翼前缘非光滑形态降噪特性,设计了仿生前缘非光滑轴流风机叶片。试验研究表明:仿生非光滑叶片在50~2000 Hz的频段上噪声值明显小于原型风机叶片,最大降噪率为2.52%;影响仿生非光滑叶片降噪效果的主次因素为非光滑单元间距t、非光滑单元高度h和非光滑单元个数。计算机模拟分析表明,仿生前缘非光滑形态降噪机理主要为:减少翼型表面紊流附面层压力脉动并延缓翼型后部涡流分离脱落;有效减少气流流经前后翼型表面时翼型间扰流作用,起到良好的导流作用,使后翼型来流平稳,气流噪声降低。     

基于CATIA的轴流风机叶片仿生参数化建模

为解决轴流风机仿生叶片三维造型不能直接应用提取的鸟翅膀翼型问题,通过对风机叶片的几何分析,推导出叶片二维平面叶型坐标到三维空间坐标的转换关系。运用EXCEL对叶型截面各离散点进行处理得到相应的空间坐标;基于CATIA的自由曲面造型功能生成叶片曲面,再转化成实体叶片;采用FLUENT对所设计的轴流风机模型进行仿真分析,计算结果与设计要求比较吻合。     

基于AxSTREAM的后导叶动调轴流风机的气动设计

基于叶轮机械设计软件AxSTREAM完成了对带后导叶的动调轴流风机3种运行工况下的动叶设计.并对比分析了设计后动叶在运行工况点的性能,找到同时适合运行工况的最佳动叶型.根据最佳动叶对R级动叶可调轴流风机匹配后导叶进行整机的三维气动数值验算.结果表明:气动设计得到的叶型中工况c设计出的动叶在3种工况下运行最合理,同时,匹配后导叶后,充分地利用动叶出口旋绕动能,提高通风机的全压效率和全压压比,设计工况点下的性能均有提高;同时也为动调风机的工程应用提供了快速高效的设计方法.     

叶片倾斜角度对小型轴流风扇静特性的影响

采用叶片周向倾斜设计法,改变一直叶片小型轴流风扇叶型,得到不同周向倾斜角的小型轴流风扇,并对其内部流场进行定常流动的数值模拟,分析直叶片、前倾斜叶片、后倾斜叶片等风扇叶型对气动性能的影响。模拟结果表明,采用叶片前缘倾斜设计可减弱附面层分离,改善风扇流动状况,从而达到提高风扇静压和效率的目的。     

低速轴流叶轮流场气动声学试验研究

以低速轴流风扇的弯掠叶片为对象,通过气动声学试验,获得了不同运行工况下声压级的变化规律,对比研究了叶片周向弯曲方向对低速轴流风扇气动噪声的影响.结果显示,低速轴流风扇尾迹宽度的径向分布规律受叶片弯曲方向的影响不大,即叶轮尾迹宽度沿径向都呈现逐渐减小的变化规律.与后弯叶片相比,前弯叶片的降噪性能更强.     

齿形尾缘小型轴流风扇的气动性能研究

小型轴流风扇是计算机散热的主要部件,其通风量和噪声等会直接影响计算机的正常运行和寿命,散热风扇的高性能和低噪声已成为计算机配置的关键问题之一.为此,设计了一种尾缘齿形化小型轴流风扇,该风扇齿形从叶根到叶顶由密到疏分布.并用流体力学软件对尾缘齿形化小型轴流风扇进行静态特性和声学性能模拟,对其进行流场和气动声学分析.结果表明:尾缘齿形化后对小型轴流风扇的静态特性基本没有影响,但在大流量下,效率比原型风扇低;对叶顶间隙和出口区某点的噪声监测发现叶顶间隙处的噪声基本没有变化,而出口区的噪声降低很多;尾缘齿形化后的转子表面的声功率级比原型风扇低,且低声功率级的区域比原型风扇大.     

Effects of circumferential configuration concerning splitter blade on the aerodynamic performance in a transonic axial fan

For a certain type of transonic axial fan, the flow field of a fan rotor with splitter blade was computed by numerical simulation, and the shape of the rotor was modified. The effects of different circumferential distributions concerning the splitter cascades upon the aerodynamic performance were investigated. The studies show that the optimum splitter cascade is not very close to the suction side of main blade. The load between the main blade and the splitter blade can be soundly distributed in terms of the adjustment of circumferential position of the splitter blade. The best aerodynamic performance can be successfully obtained according to the optimum shape of the expanding fluid channel reasonably formed by the splitter blade and the main blade.     

尾缘射流式垂直轴风力机气动特性数值分析

为抑制翼型表面流动分离并提高风力机叶片气动性能,将可靠性较高的吹气射流技术应用于垂直轴风力机叶片尾缘。采用数值模拟方法分析不同尾缘射流角度对垂直轴风力机风能利用系数、力矩系数及单叶压力与整机涡量的影响。模拟结果表明:在最佳尖速比(2.63)时,10°射流可以有效降低翼型尾缘脱落涡频率,有效控制叶片尾迹效应,整机效率及运行稳定性均优于0°尾缘射流式垂直轴风力机;在较低尖速比时,风力机单叶力矩峰值均集中在120°相位角,尾缘10°射流对整机力矩系数有显著提升效果;在较高尖速比时,单叶翼型压力面存在较大正压区,风能利用系数最大可提高11%左右,气动性能明显优于无射流垂直轴风力机。尾缘射流降低了风力机叶片所需承受的轴向载荷,提高了风力机输出功率。不同角度尾缘射流均能有效降低叶片表面流动损失进而延缓流动分离,数值结果为尾缘射流式垂直轴风力机的工程应用提供了部分参考价值。     

Effects of axial gap on aerodynamic force and response of shrouded and unshrouded blade

Forced response analysis of a rocket engine turbine blade was conducted by a decoupled fluid-structure interaction procedure. Aerodynamic forces on the rotor blade were obtained using 3D unsteady flow simulations. The resulting aerodynamic forces were interpolated to the finite element (FE) model through surface effect elements prior to conducting forced response calculations. Effects of axial gap on aerodynamic forces were studied. In addition, influence of axial gap on the response of the shrouded blade was compared with that on the response of the unshrouded blade. Results demonstrated that as the axial gap increases, time-averaged pressure on the blade surface changes very little, while the pressure fluctuations decrease significantly. Pressure and aerodynamic forces on the blade surface display periodic variation, and the vane passing frequency component is dominant. Amplitudes of aerodynamic forces decrease with increasing axial gap. Restricted by the shroud, deformation and response of shrouded blade are much lower than those of the unshrouded blade. The response of unshrouded blade shows obvious beat vibration phenomenon, while the response of the shrouded blade does not have this characteristic because the shroud restrains multiple harmonics. Blade response in time domain was converted to frequency domain using fast Fourier transformation (FFT). Results revealed that the axial gap mainly affects the forced harmonic at the vane passing frequency, while the other two harmonics at natural frequency are hardly affected. Amplitudes of the unshrouded blade response decrease as the axial gap increases, while amplitudes of the shrouded blade response change very little in comparison.