叶片弯曲对微型轴流风扇气动性能影响的数值研究

将弯叶片技术运用于微型轴流风扇,并通过CFD数值模拟的手段研究了各种形式的弯叶片的气动特点.研究结果表明,微型风扇中弯叶片的作用主要体现在小流量工况:叶片适当地前弯能有效地抑制叶顶分离涡的形成,这有助于延缓"失速"的产生、降低能量损耗、扩大风扇的稳定工作范围;叶片后弯易加剧叶顶分离涡的强度,这直接恶化了微型风扇的气动性能.随着工况流量的增加,前弯叶片能在风压、效率基本不变的基础上,其叶顶附近气流的能量损耗均明显低于对应的直叶片与后弯叶片.因此,在微型风扇中采用前弯叶片是具有一定优势的.     

考虑轴向速度非均匀性的微型轴流风扇扭叶片设计及其对气动性能的影响

通过推导微型轴流风扇叶片出口轴向速度沿叶高的分布方程,提出了一种考虑轴向速度非均匀性的扭叶片设计方法.通过CFD技术,数值研究了利用该方法所设计的各种形式扭叶片的气动性能及其变工况时的气动特点,并比较了工作于"自模区"与"非自模区"风扇的气动性能的差异.研究结果表明:与"自模区"的风扇相比,就"非自模区"的风扇而言,压力曲线没有最高压力点,随流量减少而压力几乎呈线性增加,且无失速点.效率曲线则显得更为平坦;按"刚性涡"设计的扭叶片虽效率低,但风压高;提高叶轮的轮毂比有助于提升风扇压力与效率.     

微型轴流风扇气动相似特性研究

微型轴流风扇是计算机等电子设备的重要散热部件,当前随着计算机尺寸变小而运算速度的提高,其发热量也随之增加,这对微型轴流风扇的气动设计提出更高的要求。相似设计作为一种重要而有效的设计方法,已广泛运用于大中型风扇的气动设计中,但其在微型轴流风扇的应用尚未广泛开展,其主要原因是微型轴流风扇内部的流动位于Re数非自模区,用于大中型风扇相似设计中的行之有效的设计方法在微型轴流风扇的设计中达不到应有的效果。基于此,利用气体动力学相似原理,推导微型轴流风扇气动相似所须满足的条件,并与流动位于Re数自模区的大中型轴流风扇的气动相似规律相对比,提出使微型风扇实现气动相似的"弦长雷诺数"准则,并数值验证该准则对微型轴流风扇气动相似的有效性,同时分析该准则的适用条件与局限性。研究结果表明,"弦长雷诺数"准则能较好地实现微型轴流风扇的气动相似,但其要求模型叶轮与原型叶轮转速之比与其几何缩小的比例尺的平方成正比。这就要求模型叶轮的缩小比例不能过大,否则不仅易导致其所须转速过大而实际无法实现,而且会导致由于离心力的差别过大而使其气动性能的相似性出现偏差。     

轴流风扇两种扭叶片设计方法及其气动性能的比较

"等密流型"与"变密流型"设计方法是轴流风扇扭叶片气动设计中的两种典型的方法,本文对这两种气动设计方法进行了深入的探讨,并以某型轴流风扇为例,分别采用这两种方法对其进行了扭叶片改型设计,详细比较了按这两种扭叶片设计方法所获得的扭叶片的几何特征。在此基础上,利用CFD技术数值研究了这两种扭叶片的气动性能在设计工况与变工况的差异,以此对这两种方法的设计效果作出评价。研究结果表明:"变密流型"扭叶片的气动性能受变环量指数影响较大,较大的变环量指数能明显地提高"变密流型"扭叶片的气动性能,而"等密流型"扭叶片的气动性能受变环量指数的影响较小;"变密流型"扭叶片具有较大的径向压力梯度,易于诱发径向串流而引起额外的二次流损失,这直接造成其静压效率明显低于相应的"等密流型"扭叶片;按"等密流型"方法设计的扭叶片,其叶道根部具有较小的扩压度,这使其在小流量工况下叶根部抗失速能力明显高于对应的"变密流型"扭叶片。     

百万千瓦锅炉给水泵样条函数弯叶片设计方法及性能研究北大核心

针对1000MW超超临界电站锅炉给水泵大容量、高参数的特性,提出一种基于样条函数思想的径向弯叶片几何参数设计方法,引入"正弯叶片"和"反弯叶片"两种叶片径向弯曲结构,通过计算流体力学技术对上述两种径向弯叶片的水力特性进行数值研究。结果表明:"正弯叶片"相对于"直叶片"和"反弯叶片"具有高扬程、高效率的特点,与"直叶片"相比其扬程增加5.3%,效率增加1.1%,满足了1000MW超超临界电站锅炉给水泵的优化设计要求;径向弯曲引起入口安装角不同,通过内特性分析得知造成3种叶片性能差异并非安装角不同所致,而是由于"正弯叶片"具有合理的流线特性,同时增大了流体与叶片的做功面积所致。     

微型轴流风扇中变环量指数对扭叶片气动性能的影响特点

对微型轴流散热风扇叶片扭曲规律进行研究,根据"径向平衡原理",通过引入一反映气动特性的参数-变环量指数α,建立轴流叶轮中通流速度沿径向分布的微分方程及其边界条件,提出在几类不同条件下该方程解的解析形式,并分析这些解所对应的物理意义及其叶片扭曲形式.在此基础上,根据微型轴流风扇实际运行工况的特点,提出其扭叶片设计中变环量指数α所须满足的约束条件,并指出该变环量指数α存在一个最小值,具体数值则确定于风扇的气动、几何等参数.运用"计算流体动力学"(Computational fluid dynamics,CFD)技术详细地数值研究变环量指数α对微型轴流风扇气动性能的影响,发现降低变环量系数能增加风扇气动性能.进而有助于提高其散热能力.因此,满足约束条件下的最小变环量指数是微型轴流风扇扭叶片气动设计中所须选取的最佳值.     

样条函数在曲线拟合中的应用

本文主要介绍了在工程设计和科学实验中,利用样条函数进行曲线拟合的方法,给出了具体应用程序并加以说明。     

叶片弯掠轴流风扇内瞬态流动的试验研究

对带有周向前弯和周向后弯叶片的低压轴流风扇,采用NI采集平台和双丝热线采集单元相结合的测量技术试验研究非设计工况下周向弯曲叶片的内部不稳定流动发展规律.对若干工况叶轮进出口三维流场进行详细测量,基于测量结果分析轴向、周向和径向方向的平均速度及湍流脉动速度,获得叶片周向弯曲叶轮内变工况下瞬态流场特性;通过对湍流度、雷诺应力和速度频谱分析,考察非设计工况下叶片周向弯曲叶轮固有的瞬态特性影响,分析进口来流扰动特征.研究结果显示NI采集平台和双丝热线采集单元整合的试验测量系统,成功测量低压周向弯曲叶轮变工况下的进出口三维流场,为多场同步测量提供技术参考;变工况下弯掠叶片对上下端壁区的不稳定流动具有显著的抑制作用,对于扩大稳定工作范围有着积极的作用;进口来流较高的湍流度主要存在近上下端壁区域,周向弯曲叶片对来流湍流度的影响主要集中在这两个区域;这些扰动主要集中于低频段,并呈宽频特性.     

Gurney襟翼在风扇叶片上的应用

Gurney襟翼是指在翼型后缘的下表面垂直弦线,高度很小,厚度也很小的片状增升装置,在一定的条件下,Gurney襟翼可以明显增大翼型的升力系数和升阴比。实验表明,Gurney襟翼应用于小雷诺数的风扇叶片时,可明显提高风扇叶片产生的推力,从而提高风扇的风量。     

涵道风扇式微型飞行器的研究分析

介绍涵道风扇式微型飞行器的研究现状及气动特性分析。通过了解及分析,涵道风扇结构较传统旋翼结构更安全、可靠,气动效率更好。涵道风扇式微型飞行器具有结构紧凑、安全性能好、应用范围广和生产成本低等特点,正越来越成为微型飞行器研制的焦点。     

轴流风机薄板叶型设计方法的比较

给出了轴流风机薄板叶的三种解析设计方法,并对所设计叶型的气动性能作了比较,结果表明：型曲面率连续的叶型的气动性能是基本相同的;双圆弧叶型容易出现分离流动;单圆弧叶型所动性能可以代表具有连续曲率的一族叶型的气动性能。它构造方法简单,适用于薄板叶型设计。     

车用轴流风机离散噪声与叶片分布特性研究

针对轴流风机离散噪声偏大影响汽车总声压级及声品质问题,采用谐波法相关理论,建立了离散噪声与叶片分布特性关系的理论及仿真模型,结合数值计算、仿真分析分别得到了叶片数量和非等间距的分布特性与噪声、流量、效率的关系。研究表明:7叶片风机在噪声、流量、效率方面的综合性能最佳;利用非等间距理论得出的最大调整角为2.406 rad的方案对于不同数量等间距叶片均可达到最优降噪的效果,并且对流量及效率无明显影响,仿真模拟与实验结果验证了这一结论。基于以上研究提出了一种在满足风机流量及效率前提下有效降低离散噪声的新方法,为叶片分布特性的研究提供了参考。     

弯曲叶片对跨音速轴流压气机性能影响的数值研究

采用具有不同控制参数的积叠线对Rotor37转子叶片进行周向弯曲造型设计,获得叶片的最佳弯高和弯角。采用数值计算方法研究了叶片弯曲对压气机性能及其内部流动结构的影响,结果表明:弯曲叶片具有良好的变工况性能,新设计的叶片能有效提高压气机的绝热效率和总压比。叶片周向弯曲引起端部低能流体向主流区的迁移,使得端壁和主流区流动状态发生改变,在端壁区流动损失下降,而在主流区流动损失有所增加,同时沿叶高方向上流体的质量流量被重新分配。     

轴流风机叶片的自由曲线建模研究

介绍了利用自由曲线构造轴流式风机叶型的方法,基于叶栅参数给出了二次Bezier型、三次Bezier型和三次B样条型叶片中线的参数方程,通过实例分析了它们的几何特性以及作功时加压强度沿孤长方向的变化规律,并与传统的双圆孤型中线进行了对比。分析表明,几何特性直接影响其工作性能,采用自由曲线构造叶型可以使轴流风机叶片做功强度的分布更合理,尤其是三次B样条型叶型可以保证加压强度从零开始逐渐增大至最大值。然后又逐渐减小至零。     

基于ANSYS的轴流风机叶片模态分析

针对轴流风机运行中,常常碰到由于叶片的共振而产生的破坏性事故。本文通过建立叶片有限元模型进行模态分析得到叶片的各阶固有频率及相应振型,同时计算了考虑离心力影响下叶片动频率及相应振型。分析了可能产生共振的频率,为轴流风机的结构改进、结构优化以及动力修改提供理论依据。     

轴流风机叶片展向结构变化对性能影响的数值分析

基于电站风机裕量普遍较高的现象,本文以OB-84轴流风机为对象,采用Fluent模拟了叶顶切割和轮毂加粗后的风机性能,分析了2种改造方式对风机性能、内流特征及轴功率的影响。结果表明:体积流量qv≥33 m3/s时,叶轮改造后的全压和效率均随叶高减小而降低,但轮毂加粗后的风机性能优于叶顶切割情形;qv<33 m3/s时,2种改造方式均可使不稳定区变缓甚至消失;叶轮改造后动叶总压升系数小于原风机,但导叶扩压能力增强,且叶轮改造能改善中小流量下风机噪声特性;叶顶切割后,轴功率均小于原风机;在高于设计流量下,与原风机相比,轮毂加粗后的轴功率呈减小趋势,但叶顶切割方式的降幅更大。     

国内对旋轴流通风机推广应用评述

从效率、单机运行、叶轮与电机直联、露天安装使用等方面,对国内对旋轴流通风机的推广应用作出评述。