机翼型及板型叶片轴流风机气动性能计算及比较

采用数值模拟方法对机翼型及板型叶片的轴流风机的气动性能进行了比较.通过对比这两种叶型的风机在相同几何条件下的流量、全压升及效率,得到了不同叶片型线对风机气动性能的影响规律.数值模拟结果表明机翼型叶片的全压效率、通流能力和做功能力等方面比相应的板型叶片具有优越性.     

周向弯叶片对动叶可调轴流风机气动性能影响的数值模拟

为了有效改善轴流风机气动和声学性能,以带后置导叶的OB-84型单级动叶可调轴流风机为对象,利用Fluent软件和Ansys有限元分析模块,对比叶片弯曲前后风机的气动性能和内流特征,分析其静力结构特性并进行了噪声预估。结果表明:叶片弯曲后风机全压提高,大体积流量侧气动性能改善效果明显,设计工况点前弯3.0°性能提升最佳,全压和效率分别提升了3%和0.16%;前弯叶片增大了叶根区轴向速度,延缓了叶根区分离流动的出现,提升了叶片中下部做功能力,减小了叶顶区吸力面与压力面间的压差,有效抑制了叶顶泄漏流的产生;弯曲叶片对降低声功率级影响较小,但可缩小高噪声区分布,从而降低风机噪声。     

仿生轴流风机气动噪声特性的实验研究

针对轴流风机工作时产生的气动噪声问题,运用仿生学原理对某轴流风机叶轮进行了仿生改型设计,分别得到了尾缘锯齿式单结构仿生叶轮的轴流风机和前缘波齿、尾缘锯齿及表面脊状三结构耦合仿生叶轮的轴流风机。对两类风机以及原型风机进行了气动与噪声实验,获得了风机的气动性能与辐射噪声的频谱特性。测试结果表明：两类仿生风机的全压在全流量范围内均有不同程度的下降,最高下降达27%,但尾缘锯齿风机可以提高中小流量工况下的效率,而三结构耦合仿生风机效率低于原型风机;两类仿生风机产生的辐射噪声A声级均低于原型光滑叶轮风机,且尾缘锯齿风机降噪效果优于耦合仿生风机,并且比A声级最大降噪值为1.58 dB;尾缘锯齿沿展向的分布长度越长,效率越高,降噪效果也越佳。     

Gurney襟翼对动叶可调轴流风机性能的影响

以OB-84型动叶可调轴流风机为对象,采用数值模拟方法研究动叶尾缘处安装Gurney襟翼(GF)后对风机性能及内流特征的影响,并对其气动噪声进行评估。结果表明:增设GF可提高风机全压,且其高度越大,风机全压增幅越明显,同时促使最高风机效率点向大流量系数侧移动;高度为0.5%弦长的GF在动叶偏转±3°工况下均可提高大流量系数侧的风机效率;增设GF后,在叶顶处产生的次泄漏涡加剧了叶顶泄漏;尾缘下游区域产生的脱落涡增大了叶片吸力面与压力面间的压差;增设GF后风机气动噪声增大,选用高度为0.5%弦长的GF后,在设计工况点下风机全压和风机效率分别提高12.01%和3.13%。     

基于内部流场分析的离心风机改型设计

本文以某型离心风机为基础,依靠数值模拟的方法,基于对风机内部流场的分析,对其进行优化改型设计。主要分为三个方面：其一,将叶轮的直叶片改型为前掠正弯叶片,控制端区低能流体堆积,抑止叶栅流道分离流动的发生;其二,根据弯掠优化得到的叶轮设计改型风机机壳,以适应弯掠叶轮的出口气动条件;并根据弯掠叶轮与改型机壳内部流动的分析,对叶轮采取根切的优化方法,保持风机全压和流量在合理的大小。得到的优化设计风机,在保持全压和流量基本与原型相等的条件下,效率提高5%以上。     

某型螺旋桨飞机气动噪声降噪研究

针对某型电动螺旋桨飞机噪声过大问题,在保证螺旋桨气动特性的同时,提出了改进沿展向桨叶形状的降噪方法。采用FW-H模型、非定常滑移网格及大涡模拟方法获得了气动噪声频谱特征;通过地面远场噪声试验,得到了螺旋桨在三种转速下的气动噪声频域特性和声压强度分布规律。对比分析螺旋桨各测点声压级试验数据和数值计算结果,证明了数值计算模型的准确性。基于所建立的计算模型和方法,预测了不同螺旋桨在三个转速下的声压级分布,得出桨叶形状对螺旋桨气动噪声的影响规律。研究表明:当螺旋桨转速高于1 000r/min时,新叶片较原叶片气动噪声明显降低。这说明桨叶载荷噪声在气动噪声中起主导作用,可以通过改变沿展向桨叶形状,有效降低叶片的气动噪声。     

动叶弯曲对双级轴流风机性能和噪声影响的数值研究

动叶周向弯曲是改善轴流风机气动性能和噪声特性的有效方案。以某600 MW机组配套的两级轴流风机为对象,采用Fluent软件对其进行三维数值计算,分析了动叶弯曲对风机性能和气动噪声的影响,及其内流特征的变化。结果表明：动叶正弯可有效提高风机性能,在设计工况点,动叶上半叶高弯角α₂=40°时全压最高提高232 Pa,α₂=20°时效率最大提高0.16个百分点;动叶弯曲可有效改善叶顶处的流动状态,减小流动损失;动叶弯曲使叶轮区总声压级明显降低,相比原结构,α₂=40°时第1级叶轮处总声压级降低5.87 dB,第2级动叶处总声压级降低2.46 dB,主要为单音噪声的降低;综合动叶弯曲对风机性能和噪声的影响,α₂=20°为最优方案。     

锯齿襟翼尾缘叶片对轴流风机气动噪声的影响

以某双级动叶可调轴流风机为对象,对其动叶片开展齿形襟翼尾缘结构改型。采用雷诺时均方程和k-ε湍流模型及大涡模拟对改型前后的风机性能进行了数值计算,分析了齿形襟翼不同齿长对风机性能、气动噪声及内流特征的影响及内在机理。结果表明：齿形襟翼可大幅提升风机性能,且全压增幅与齿长成反比;采用齿形襟翼后,风机效率峰值向大流量侧偏移,运行高效区增宽;〖JP2〗齿形襟翼可显著降低风机高频噪声,平均降噪量达13 dB;齿形襟翼改善了动叶尾涡结构,降低了叶中及叶根尾缘处能量耗散,影响了尾流逆压梯度区分布,减小了反向对涡核心区的二次回流强度,降低了风机气动噪声;齿长为0.8%弦长的齿形襟翼在改善效率、全压和降噪方面综合性能最优。     

静叶倾斜对双级轴流风机性能和噪声影响的数值研究

以某600 MW机组配套的两级轴流风机为研究对象,采用Fluent软件对其进行三维数值计算,研究了静叶倾斜对风机性能和噪声的影响。结果表明：当正倾斜角度15°时,在设计工况风机效率提高0.09%、全压降低0.36%;静叶正倾斜角度大于25°或反倾斜时,风机效率和全压均降低。静叶正倾斜使两级静叶区的总声压级均有所降低,正倾斜15°时在设计工况点第2级静叶区总声压级降低4.4 dB,且倾斜角度越大降噪效果越显著;静叶反倾斜后,第1级静叶噪声基本不变,第2级静叶区总声压级增大2.5 dB。综合分析静叶倾斜对风机性能和噪声的影响,静叶正倾斜15°为最优方案。     

大型动叶可调轴流风机气动性能数值模拟北大核心

发展了一种1.5D、非定常的计算流体力学(CFD)模型用于快速准确地预测大型动叶可调轴流风机的气动性能。该模型基于求解1.5D的欧拉方程附加源项,其中源项用于模拟叶片排、摩擦和流道变化对气流的影响,并可以通过求解叶片排的进出口速度三角形求得。附面层模型、损失模型和落后角模型用于求解叶片排进出口气动性能参数。根据给定的单级动叶可调风机在设计转速下的实验气动性能曲线,优化模型中的损失系数和落后角系数使得计算结果和实验计算相近。改变动叶可调风机的安装角,本模型预测得到的该风机在安装角变化(+10°,+5°,-5°,-10°)的性能曲线与实验结果误差小于2%,这证明了本模型在经验参数优化后能够较为准确地预测出动叶可调轴流风机的气动性能,具有较强的工程应用价值。     

大型动叶可调轴流风机气动性能数值模拟

发展了一种1.5D、非定常的计算流体力学(CFD)模型用于快速准确地预测大型动叶可调轴流风机的气动性能。该模型基于求解1.5D的欧拉方程附加源项,其中源项用于模拟叶片排、摩擦和流道变化对气流的影响,并可以通过求解叶片排的进出口速度三角形求得。附面层模型、损失模型和落后角模型用于求解叶片排进出口气动性能参数。根据给定的单级动叶可调风机在设计转速下的实验气动性能曲线,优化模型中的损失系数和落后角系数使得计算结果和实验计算相近。改变动叶可调风机的安装角,本模型预测得到的该风机在安装角变化(+10°,+5°,-5°,-10°)的性能曲线与实验结果误差小于2%,这证明了本模型在经验参数优化后能够较为准确地预测出动叶可调轴流风机的气动性能,具有较强的工程应用价值。     

齿形襟翼及跨度对风机气动性能影响的数值研究

基于大涡模拟对采用不同跨度齿形襟翼(TGF)的动叶可调轴流风机进行了数值研究,探讨了襟翼及其跨度对风机性能、气动噪声和静压分布的影响,分析了噪声与涡结构分布的内在联系.结果 表明:齿形襟翼可显著提高风机全压,且全压增幅与襟翼跨度成正比,襟翼跨度为0.9时的全压提高1409 Pa;采用齿形襟翼后的风机降噪量随襟翼跨度的减小而增大,襟翼跨度为0.7时的降噪量达18.33 dB;齿形襟翼削弱了叶片尾迹强度,改善了叶根泡状涡尺寸,在襟翼顶部形成一较长管状涡,减弱了尾涡与叶顶泄漏流的相互作用;襟翼跨度越小,改善成效、降噪效果越显著;襟翼跨度为0.9时的齿形襟翼在改善全压、拓宽高效区和降噪等方面的综合性能最优,且在变安装角工况下可有效提升风机全压、改善大流量侧效率.     

翼型选择对轴流风机性能影响的数值研究

为了研究翼型对轴流风机气动性能的影响,采用数值模拟的方法首先研究了翼型的升阻比对风机性能的影响,然后选用较优的翼型来研究最大相对厚度和最大相对厚度位置对风机气动性能的影响。结果分析表明:当风机工作在设计流量及以上时,选用较大升阻比系数翼型的风机表现出较好的气动性能;轴流风机选用较薄翼型作为其叶片翼型时,其气动特性表现较优;当叶片翼型最大相对厚度位于距叶片前缘30%时,轴流风机的气动特性最优。研究结果可为轴流风机设计者设计高效的轴流风机提供参考。     

叶尖小翼安装位置对轴流风机性能的影响

采用数值模拟方法建立了在压力面和吸力面分别安装宽度为2倍叶片厚度叶尖小翼的轴流风机模型,分析了叶尖小翼安装位置对轴流风机性能的影响.结果表明:压力面和吸力面安装叶尖小翼均能减小叶顶泄漏流;压力面安装叶尖小翼使叶顶泄漏涡增大,造成的气动损失增加,导致轴流风机全压和效率下降;吸力面安装叶尖小翼能有效减小叶顶泄漏涡,同时延缓其脱落,使其向远离吸力面偏移,减少造成的气动损失,使得轴流风机全压和效率提高,该轴流风机设计体积流量点全压效率提高了0.6%.     

锯齿尾缘叶片对轴流风机气动噪声及性能的影响

以OB-84型动叶可调轴流风机为研究对象,采用大涡模拟和FW-H声学模型对锯齿尾缘动叶风机进行了数值模拟,探讨了不同锯齿长度的尾缘对风机气动噪声、压强脉动及性能的影响,并分析了其流场特征和降噪机理。结果表明:锯齿尾缘可明显降低风机的中低频段噪声和流道中气流的压强脉动强度,锯齿长度越大,其影响越明显;锯齿尾缘增强了尾流区的流动掺混,改变了动叶尾缘脱落涡结构,形成了2层整齐的"梳状"流向对涡,由此降低了风机的气动噪声;模型A、模型B和模型C均可以在设计流量或小流量下提高风机效率,以模型A提升最明显,但在大流量下性能均低于原风机。     

一种基于ICEM的轴流风机设计优化方法

采用基本翼型参数化设计方法对风机叶片进行设计,并基于ICEM所提供的rpl文件接口以及程序录制功能实现轴流风机结构三维模型参数化建模与结构化网格划分功能。保证建模过程中可以对风机叶型、叶片数,叶片倾斜角度等进行相应的更改。在此基础上,开发"轴流风机设计优化应用程序",该程序包含相应的设计模块、优化模块和定制模块,保证可以通过输入的设计参数和优化参数等对轴流风机进行自动的设计优化。     

扩散筒几何参数对管壳式离心风机性能的影响

针对某船用管壳式离心通风机扩散筒流动损失大、静压回收偏低的问题,采用CFD方法对该风机内流场进行了数值模拟,研究扩散筒扩散比A_e/A_(in)、长径比l/D_(in)对风机性能与扩散筒流动的影响,寻求气动性能相对较优的扩散筒结构。在保证风机主体几何参数和扩散筒进口直径不变的条件下,令长径比l/D_(in)为0. 8、1. 2、1. 6;扩散比A_e/A_(in)为1. 2、1. 5、1. 8,获得9个扩散筒模型,并计算出不同参数的扩散筒对应的当量扩张角。模拟结果表明:风机全压随扩散比增大显著增加,扩散筒长径比对风机全压的影响较小;扩散筒压力损失系数会随扩散比增大而降低且在不同流量工况下逐渐趋近平稳;扩散比对扩散筒性能影响显著,而当量扩张角对扩散筒性能的影响没有明显的规律性,因此在扩散筒设计时扩张角不能作为唯一依据。     

单级离心压气机气动性能预测与优化设计

为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算。利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能。通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片。结果表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69%,稳定裕度拓宽了17.41%。     

齿形襟翼结构尾缘轴流风机性能仿真研究

以某两级动叶可调轴流风机为例,采用大涡模拟(LES)对不同齿长的齿形襟翼结构下的风机性能、涡结构和气动噪声进行了计算,分析了其内流特征、噪声源分布和降噪机理。结果表明：齿形襟翼可有效提升风机性能,且全压增幅与齿长成反比;齿形襟翼风机全压效率最高点向大体积流量侧移动,运行高效区变宽;随着齿长的增加,齿形襟翼的静压均值呈现先减小后增大的趋势,其中方案4的静压均值较原风机下降402 Pa,高频降噪最为显著;齿形襟翼可降低湍流脉动强度,尾迹涡的大小和分布区域减小,同时前缘分离涡数量也减少;齿形襟翼尾缘处产生了2对反向对称涡,其相互作用强烈,能量耗散加快,是齿形襟翼结构尾缘能降噪的主要原因。     

前缘改形对翼型气动噪声特性影响

为得到高气动性能、低噪声的风力机专用翼型,基于参数化建模翼型,研究前缘外形对风力机翼型气动性能及气动噪声的影响规律。通过分离涡模拟方法和声学类比方程建立噪声预测方法。针对非对称翼型S809通过样条函数参数化处理前缘改形进行气动噪声计算。结果表明:翼型压力面前缘加厚,对翼型升阻力系数无明显影响,但大攻角时翼型周围压力分布均匀,流动相对稳定,且气动噪声声压级低于原始翼型,随压力面厚度增加气动噪声越大;吸力面加厚使得翼型升力系数增大,阻力系数减小,能抑制翼型失速时尾缘涡与前缘涡的生成,变形量越大气动噪声越小;翼型前缘上弯,翼型在失速区升力系数减小,阻力系数增大,流动越加不稳定,声压级随着攻角的增加呈递增趋势;翼型前缘下弯,翼型处于失速区升力系数增大,阻力系数减小,能抑制流动分离,未生成前缘涡和尾缘涡,当前缘下弯不变时,随加厚厚度增加翼型声压级呈减小趋势,且前缘下弯翼型声压级小于前缘上弯。