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.     

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。     

叶片周向弯曲对小型轴流风扇静特性及内部流动特征的影响

对带有周向弯曲叶片的小型轴流风扇的内部流场进行三维数值模拟研究;对原型风扇的静特性进行实验研究验证数值模拟的可靠性;保持其他几何参数不变,沿周向对原型风扇前弯5°以及后弯5°,对设计工况下径向叶片以及周向弯曲叶片风扇的子午面内的流线图、不同叶高处风扇回转面内的静压分布以及叶片下游的速度场进行分析,研究周向弯曲角度对小型轴流风扇静特性及内部流场的影响。研究结果表明:前弯5°和后弯5°风扇的静压在设计工况点较原型风扇分别提高了8.84%、2.54%;相比于后弯5°风扇,前弯5°风扇可以有效地减少泄露流,降低泄露损失;与原型和后弯5°风扇相比,在叶片尾缘下游15mm处,前弯5°风扇的轴向速度有明显的提高。     

小型轴流风扇内部流动特性研究

为研究小型轴流风扇的三维流场特点,选取5叶片和7叶片的两种风扇,利用Fluent软件中的RNGk-ε湍流模型对其进行定常流动数值模拟,对比分析两种叶片风扇的静特性和内部流动特性。结果显示:流量在0.006～0.010 5 m3/s,压力的变化不明显,在这个范围之外,压力随着流量增加而减小;风扇的进口全压先降低后增加,在1/2弦长处全压出现突变性增加;在叶顶间隙内,叶顶静压值随着半径的增加而增加;叶片吸力面静压值、涡强、速度值均较小,气流进入叶片后,沿流道速度逐渐增加,吸力面叶顶产生叶尖涡,叶尖涡撞击邻近叶片的压力面对气动噪声影响很大。     

叶顶间隙对小型轴流风扇气动性能的影响

影响小型轴流风扇气动性能的因素很多,叶顶间隙是一个非常关键的因素。利用CFD软件中RNGk-ε湍流模型和SIMPLE算法进行定常计算得出静特性,再利用大涡模拟(LES)和FW-H声学模型进行了非定常计算,得出叶顶间隙对风扇噪声的影响,并分析涡脱落现象。结果显示:四种叶顶间隙的静特性变化趋势虽然相似,但叶顶间隙为1.0mm的风扇模型静态特性较好;在z=0面上,叶顶间隙为0.75mm和1.0mm的风扇模型涡脱落现象比较明显;在叶顶间隙处,沿径向,小叶顶间隙涡脱落比大叶顶间隙早;离散噪声的峰值出现在基频和谐波频率处,并且在高频处声压衰减比较快。     

基于风扇叶型周向参数化的优化研究

选取直叶片叶型小型轴流风扇为研究对象,以静压为优化目标,优化方法为遗传算法和近似函数方法,优化计算得到性能更优的风扇模型,分析研究优化前后风扇静特性及流场的变化,利用风扇测试系统对优化前后风扇进行静特性实测,并与数值模拟结果进行对比。结果表明:优化后得到了不同参数化方法的优化模型A和B,分别为倾斜叶型和弯曲叶型,两模型的静压均较优化前提高了近20%,静特性和流场状况也均优于原始模型,实验数据和数值计算结果趋势相同且数值接近,达到了对周向参数优化以提高风扇性能的目的。     

基于内部流场分析的小型轴流风扇结构优化

采用孤立叶型设计法、CFD技术、遗传算法等理论,运用自编软件对某一轴流风扇轮毂比参数进行结构优化设计,优化目标为风扇流量。对比分析优化前后风扇内部流场,如风扇的静特性、叶片表面静压分布、子午面涡量分布等信息。由此验证优化方法的可行性．,并总结轮毂比参数对此风扇性能的影响。结果表明：优化后风扇叶片和轮毂表面减小了因涡流带来的能量损失,但叶顶间隙处的涡流增大,能量损失略有增大;在不同流量下,优化后风扇静压有不同程度的提高;优化后风扇的出口速度均比优化前大幅提高;风扇在额定工况下性能、静特性及内部流场都得到了很好的改善。     

小型轴流风扇支撑架的结构参数优化研究

以带支撑架的小型轴流风扇为研究对象,通过响应面法建立以支撑架数量、直径和倾斜角度为自变量,以风扇的静压升和噪声为因变量的响应面模型,分析支撑架数量、直径和倾斜角度对小型轴流风扇静特性、气动噪声和内部流场特性的影响,进行流场优化和性能分析,然后在小型风洞中完成了静特性实验验证。结果表明:针对研究对象,当支撑架数量为7、支撑架直径为6mm、支撑架逆旋转方向倾斜60°时,风扇的性能最优;实验数据与数值计算结果吻合较好,验证了数值模拟的正确性。     

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.     

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。     

分流叶片弦长与周向分布对无蜗壳离心通风机内部流动影响

在无蜗壳离心通风机叶轮流道内,加装分流叶片并修改了分流叶片弦长及分流叶片在流道内的周向位置。采用定常的三维N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对不带分流叶片的离心通风机与加装了不同弦长及周向位置分流叶片的离心通风机性能进行了数值模拟,结果发现:当分流叶片的周向位置处于流道正中部位置且分流叶片弦长为主叶片弦长的50%时,在各工况下均能削弱叶片吸力面上的分离涡并抑制流道内的二次流,使得风机静压提升10 Pa,静压效率提升7%。数值模拟结果表明,将分流叶片结构置于流道中央有效提升了无蜗壳离心通风机的静压及静压效率,改善了内部流动情况。     

某微型子午加速斜流风扇的设计及流动特性

为获得满足设计要求的微型风扇,基于响应面优化方法,采用CFX模拟平台,运用SST k-ω湍流模型对轴流风扇进行偏向小流量优化设计,得到合适的子午加速斜流风扇复合结构,并对该风扇的流动特性进行研究.结果表明:在设计流量处,该斜流风扇比原轴流风扇出口静压提高了9％,叶轮轴向长度缩短30％;该风扇出口静压曲线比较平滑,变流量...     

叶根倒角对小型轴流风扇静特性的影响

以小型轴流风扇为原型,对其压力面侧叶根沿中弧线的不同方位进行倒角,分别建立了1/3倒角模型(距离前缘1/3中弧线)、2/3倒角模型(距离前缘2/3中弧线)和全倒角模型(沿整个中弧线)。采用RNGκ-ε湍流模型、SIMPLE算法、二阶精度的迎风差分格式等数值方法分析风扇的内部流场特性。结果表明:1/3倒角和2/3倒角模型会提高风扇的静压和效率,但1/3倒角模型的性能更优;全倒角对风扇的静压没有多大影响,但是会使风扇效率降低;压力面侧的叶根局部倒角促使流道中流体再分配,从而改善了吸力面侧叶顶和叶根的低压区以及压力面侧叶根附近的高压区,进而避免了产生二次流的可能性;同时叶根倒角会增加压力面叶中附近的高压区面积,使风扇的做功能力增强。     

基于典型鸟类翅膀特征的小型轴流风机叶片仿生设计与试验

基于提取的雀鹰、长耳鸮翅膀的表面特征对小型轴流风机的叶片进行仿生优化,以求提高风机的气动性能。设计出8种仿生风机模型,通过CFD计算选出最优的仿生风机模型进行性能试验验证,并与原型风机进行了对比。对比试验流量-静压曲线发现,仿生风机气动性能明显好于原型风机,最大质量流量提高了6.1%,最大静压提高了7.0%,并发现V型截面好于圆弧型截面。本研究为叶片仿生参数的进一步优化提供了前期基础。     

1.4L柴油涡轮增压器涡端流热耦合分析

涡轮增压器涡端气体的高速流动和换热问题具有一定的复杂性,准确计算涡轮增压器的内流场和外特性具有较重要意义.以一典型的柴油机涡轮增压器为原型,基于CFD流体动力学,进行涡端内部三维湍流和热场的耦合计算.通过3个膨胀比下的涡端内流场和温度场的对比,分析涡端透平在不同工况下的性能表现.研究结果表明:涡轮进口吸力面有明显漩涡存在,流动向工作面偏移,叶片进口位置对流动影响明显,在大膨胀比下更为显著;在叶片进口前端、进口低速区、叶片表面等位置出现局部高温区,沿流动方向和径向均有温度梯度存在,温度分布规律和速度变化规律一致;不同膨胀比下,叶片进口位置压力载荷变化较大,叶片其他位置载荷变化相对稳定.计算预测曲线与试验曲线较为吻合,研究结果能为涡端透平的优化设计提供参考.     

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.     

长短叶片半开式离心叶轮内部流动的数值模拟

为了分析分流叶片对于半开式离心叶轮内部流动的影响，对轴向间隙为1.1 mm的4长叶片和4长4短叶片的两种半开式低比转速高速离心叶轮进行了研究.采用S A湍流模型和雷诺时均N-S方程，对叶轮内部的流动进行了三维紊流数值计算和分析；并对离心泵进行了试验研究.数值计算结果表明，分流短叶片可以改善叶轮内部的流动；两个叶轮内部的静压力都由叶片进口到出口逐渐升高，等静压曲线几乎是沿圆周方向的；具有分流叶片的叶轮出口的压力系数较高.实验结果表明，具有分流叶片的叶轮离心泵的扬程和效率较高，说明分流叶片可以提高离心泵的性能.     

停机状态叶片位置对风力机体系气动性能影响

为了研究停机状态下叶片不同位置对风力机体系气动性能的影响程度,以南京航空航天大学自主研发的3 MW水平轴风力机为研究对象,采用大涡模拟(LES)方法对停机状态下叶片不同位置时的风力机体系气动性能进行数值模拟.基于8种计算工况(由叶片旋转全过程状态下和塔架的相对位置确定)下的三维非定常数值模拟结果,研究风力机体系表面空间风压分布特性及周围流场的作用机理,总结出不同停机状态下叶片位置对风力机气动性能和干扰效应的影响规律.结果表明,叶片停机位置对风力机体系表面风压分布和绕流特性的影响显著,上游叶片的遮挡效应对塔架迎风面和侧面产生显著影响,随着塔架与叶片相对位置的接近,塔架背风面尾涡区域变得细长且不规则.     

积垢条件下压气机性能衰退数值模拟

针对轴流压气机在实际工作中遇到的叶片表面磨损、积垢问题,本文以NASA Stage 35单级轴流压气机模型为研究对象,建立了数值计算模型,以压气机的静叶部分为主要研究对象,使用更改静叶叶片表面粗糙度值和不均匀地更改静叶叶型厚度两种不同方法模拟压气机表面积垢情况,得到压气机效率、压比等性能的衰退情况与不同模拟方法的关系,以及压气机不同程度积垢下的流场变化情况。计算结果表明:更改叶片表面粗糙度对压气机的效率性能影响要大于对压比的影响,叶型厚度的变化会明显影响压气机的稳定工作范围。研究结果可为确定压气机清洗周期和运行寿命预估提供借鉴。     

入口雷诺数对静压油腔承载性能的影响

基于实验和数值模拟方法,研究了入口雷诺数为840~2 449时静压油腔的承载性能.利用PIV粒子测速系统实验研究了入口雷诺数变化对油腔内部流场结构的影响,与数值模拟结果吻合良好;数值模拟了不同入口雷诺数时油腔上壁面压强和壁面剪应力的变化.结果表明:随着入口雷诺数的增大,涡的位置逐渐靠近封油边,涡的范围逐渐变大;涡心位置与入口雷诺数有函数关系;入口喷射导致油腔上壁面中心处压强出现峰值,峰值之后的压强呈恒定分布;上壁面剪应力在上壁面正对入口边缘处出现峰值会导致油膜破裂.