动叶可调轴流风机叶片磨损对其性能的影响

利用Fluent软件对某单级动叶可调轴流风机进行全三维数值模拟,分析了不同动叶安装角下的颗粒轨迹、动叶压力面颗粒质量浓度分布和叶片磨损特征,并比较了不同动叶安装角下叶片磨损对风机性能的影响.结果表明:动叶安装角增大导致颗粒运动轨迹更加复杂,在叶片间反弹更加频繁,撞击尾缘的颗粒数增多,压力面颗粒高质量浓度区域向尾缘延伸,尾缘磨损加剧;受叶片磨损影响,在运行一段时间后风机全压基本不变,而效率显著降低,随着动叶安装角的增大,风机效率降幅有所减小.     

导叶数目对两级动叶可调轴流风机性能的影响

为研究导叶数目对轴流风机性能的影响,文章以某两级动叶可调轴流风机为研究对象,模拟了第一、二级和两级导叶数目变化时的风机性能,并分析了其对风机性能和流场特征的影响。研究结果表明:导叶数目减少后,风机性能整体高于原风机;导叶数目增加后,风机性能未必高于原风机。其中,两级导叶数目均减至21片时的风机性能最佳,在设计工况下,全压提升119 Pa,效率提升0.4%。在此方案下,第二级动叶做功能力和导叶扩压能力均得到提升,导叶数目变化对下游流场有显著影响,而对上游流场影响较小。     

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。     

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。     

第一级导叶改进对两级动叶可调轴流风机性能的影响

利用Fluent软件对某两级动叶可调轴流风机进行全三维数值模拟,探讨了第一级导叶采用长短复合式和单一长叶片式2种叶片结构对风机气动性能的影响,并比较了短叶片不同轴向、周向位置和叶片长度时的风机性能.结果表明:长短复合式导叶的单级扩压性能及整机气动性能均优于单一长叶片式导叶;当短叶片位于第一级导叶入口、相邻长叶片中间栅距时,风机的全压和效率均达到最优,尤其是效率明显高于其他位置;短叶片长度对风机性能也有明显影响,当其长度为320mm时,风机的不可逆损失最小,增加或减小短叶片长度均导致风机气动性能变差.     

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。     

加装Gurney襟翼对提高风力机性能的研究

在小型低速风洞中对装有FFA-W3-211桨叶的水平轴风力机及在其尾缘加装Gurney襟翼桨叶的风力机进行了一系列性能对比试验.Gurney襟翼的高度为翼型弦长b的4%,桨叶安装角为4～14,试验风速为8～14m/s.试验结果表明,Gurney襟翼对水平轴风力机性能有较大的影响,特别是在大安装角时尤为显著;在小安装角时,格尼襟翼反而使风力机性能降低;当安装角为12°时,格尼襟翼使风力机输出功率提高38%以上.     

Gurney襟翼对水平轴风力机性能影响的实验研究

在小型低速风洞中对装有NACA4424翼型叶片的水平轴风力机及在其尾缘加装Gurney襟翼的风力机进行了一系列性能对比实验。Gurney襟翼的高度分别为2%b和4%b(b为翼型弦长),叶片安装角在6°~14°范围内,实验风速为6~15m/s。实验结果表明,Gurney襟翼对水平轴风力机性能有显著影响,特别是在大安装角(即大攻角和大升力)下;在小安装角(即小攻角和小升力)时,Gurney襟翼使风力机性能降低。同时,装2%b襟翼的风力机性能要高于装4%b襟翼的风力机;在12°安装角时,前者提高风力机功率最少有39%,而后者也可提高风力机功率在34%以上。对于风力机最常用的叶型FFA-W3-211加装2%b的Gurney襟翼后的风洞对比实验同样证明了上述结论。     

动叶可调轴流风机瞬态流动及压力脉动特性

以OB-84型动叶可调轴流风机为研究对象,将定常计算所得流场作为非定常计算的初场,模拟了风机内部各监测点处的压力脉动及瞬态流场特性.结果表明:不同监测点的压力信号均呈周期或类周期波动,其压力脉动强度随体积流量增大呈减小趋势,最大压力脉动强度位于叶顶间隙处;各监测点均在叶片通过频率处出现最高时频分布幅值,改变体积流量仅影响时频分布数值;随体积流量增大,10%叶高截面上的平均湍动能水平提高,而叶轮出口截面上的高压区向轮毂方向移动;随时间延长,叶片尾缘处和相邻叶片间的湍动能增强;叶轮旋转过程中,叶轮出口截面上的高压区在机壳与轮毂间呈现往复运动的现象.     

动叶安装角异常反向偏离对轴流风机性能的影响

以某OB-84型动叶可调轴流风机为例,采用Fluent软件模拟得到两异常叶片安装角反向偏离时的风机性能曲线,分析了异常叶片间的相位和安装角偏离度△β对总压、熵产率和噪声分布的影响.结果表明:动叶异常偏离时的风机全压和效率曲线明显偏离正常值,各流量系数下的最大声功率级整体提高;随着△β增大,风机性能显著下降,且与异常叶片间的相位关系有关;不同的异常叶片相位关系和△β对特征截面上的内流特征分布具有明显不同的影响,相间关系的异常叶片对内流特征的影响有叠加效应,相对关系的异常叶片对其附近及旋转方向下游流场的影响基本对称.     

Gurney襟翼对风力提水机风轮性能影响的数值模拟

风力提水机在我国经过严格的生产考核运行和多年的实际应用,产品质量基本可靠,有些机组的水平达到或处于国际领先地位。针对风力提水机的应用,在来流风速3~14m/s、攻角4°~14°范围内,对装有不同高度襟翼的风轮采用Fluent软件进行模拟计算,比较分析其气动性能和叶片周围流场分布的差异,研究Gurney襟翼的增升原理。结果表明,Gurney襟翼有效增加了风轮的输出功率,特别是在大攻角、较高风速情况下,其中2%弦长高度的襟翼增升效果最好,并分析获得风轮输出功率增大的主要原因为襟翼后方出现的卡门涡街和襟翼前面的角涡。     

两级动叶可调轴流风机内流特征的数值模拟

采用Fluent软件对某600 MW机组配套的两级动叶可调轴流一次风机进行了全三维定常数值模拟,分析了风机第一、第二级叶轮内流特征和动叶安装角对风机性能的影响.结果表明：第二级叶轮出口总压整体呈现高压区和次高压区交替分布的特征,且比第一级叶轮的对称性差;第一、第二级叶轮叶片压力面、吸力面的总压和静压分布规律相似;第二级叶轮叶片压力面和吸力面相应位置上的静压值均大于第一级叶轮叶片;随着动叶安装角的增大,第一、第二级叶轮的总压升系数和静叶的扩压系数均增大,且第二级叶轮大于第一级叶轮,表明第二级叶轮的做功能力和静叶的扩压能力均比第一级叶轮的大.     

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。     

动叶可调式轴流风机的设计

以动叶安装角的改变来实现轴流式风机大幅度的工况变化并维持较高效率,是近代轴流风机的调节方式.本文阐述了这种风机的气动及结构设计并以上海市黄浦江延安路越江隧道风机的设计为实例进行了介绍.     

Gurney襟翼对风力机流动控制的数值研究

在风力机大厚度、低雷诺数专用翼型上加装Gurney襟翼进行数值模拟研究。获得了Gurney襟翼在不同襟翼高度下,襟翼高度对翼型气动特性的影响规律,给出最佳襟翼高度,最后探讨Gurney对风力机性能的控制机理。所得结果可为实际工程风力机的控制提供理论指导和技术支撑。     

基于Isight平台对翼型Gurney襟翼的优化设计

为了获得风力机襟翼的优化结构,本文采用多学科设计优化框架软件ISIGHT、CFD软件Fluent以及遗传算法,针对加装襟翼式结构的气动性能进行了优化设计。软件集成了襟翼的参数化表达、网格划分、流场分析、结构优化设计四个模块,实现了多学科领域的精确分析和整个优化循环过程的自动化运行。优化结果表明:Gurney襟翼的设计高度为弦长的2%、设计宽度为弦长0.2%将得到最大的升阻比,上述研究结果和实验结果一致。本文的研究方法可为襟翼及其他气动外形优化设计提供参考。     

带Gurney襟翼翼型改型的气动性能的数值研究

对NACA4424翼型及其对应的带有Gurney襟翼翼型修改后的翼型进行了数值计算,针对风力机应用,来流风速为2～16m/s,迎角为0°～20°;计算结果表明,在研究的所有条件下,修改后的钝尾缘翼型对流场有强烈的下洗作用,明显修改了翼型压力面和吸力面的压力分布,压力面压力更高,吸力面压力更低,因此翼型升力及升阻比均比翼型原型及单纯的Gurney襟翼翼型得到显著增加。     

主动Gurney襟翼提升VAWT动态气动性能的数值研究

基于孤立翼尾缘Gurney襟翼增升机理,在垂直轴风力机上安装主动Gurney襟翼,随VAWT叶片旋转方位主动调整襟翼高度,在上风面伸出翼型表面并在下风面缩回翼型内部,增大风力机叶片在上风面的扭矩输出以及垂直轴风力机功率系数.通过二维CFD数值模拟,研究多个叶尖速比工况条件下垂直轴风力机的性能,制定主动Gurney襟翼的...     

Gurney襟翼对风力机翼型气动噪声影响的数值模拟

为分析Gurney襟翼对风力机翼型气动性能和气动噪声特性的影响,利用Fluent软件中的LES模型计算攻角为4°～20°时原始翼型和带有不同高度Gurney襟翼翼型的气动性能和流场分布,并基于FW-H声类比方法,利用Acoustics模块精确求解远场气动噪声。结果表明:升力系数大于0.8时,Gurney襟翼能明显增大翼型升力系数,但阻力系数也显著增大;襟翼高度小于3%弦长时,失速攻角明显增大;襟翼高度大于3%弦长时,升力系数增幅减小,阻力系数增幅增大,且气动噪声急剧增加,翼型声辐射特征呈现偶极子声场的特点。     

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。