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目前的工業(yè)用軸流風機存在效率低、噪聲大等缺點,FZ紡織空調軸流風機葉輪葉片所選用的機翼型葉輪并結合彎掠特征在提高葉輪氣動效率、減小氣動噪聲及拓寬葉輪穩(wěn)定工作范圍等氣動特性上具有*表現(xiàn),相關方面的研究越來越廣泛和深入,但研究對象普遍集中于低速翼型結合彎掠特征上,對高速翼型結合彎掠特征在低流風機上的研究還相對較少。本文采用孤立翼型設計方法和變環(huán)量流型結合三維造型方法并選取以往研究發(fā)現(xiàn)的*積疊線組合方式及彎曲角度設計了具有NACA65翼型的直葉片、正彎和反彎葉片軸流葉輪,并采用計算流體力學方法計算了三種葉輪的氣動及葉頂渦聲特性,分析了周向彎曲方向對三種翼型葉輪的氣動和聲學特性影響規(guī)律。主要研究內容及結果如下:(1)對具有NACA65-410翼型的直葉片軸流葉輪進行了總體氣動性能實驗驗證,結果表明兩者變化趨勢吻合良好,平均誤差處于10%以內,表明模擬結果真實可信;(2)直葉片積疊線引入周向彎曲后對葉輪氣動特性的影響規(guī)律并不一致,運行工況處于設計工況以下時周向彎曲可分別降低或提高氣動性能;而葉輪工作在設計流量以上一定范圍時,正彎后葉輪的氣動效率可提高2%左右,全壓zui高可提高8%;(3)周向彎曲的引入改變了葉片對空氣的加功規(guī)律,正彎可提高葉片對空氣做功能力并改善流道內氣流通流能力,反彎則降低葉片做功能力并降低葉頂附近氣流通流能力,尤其是葉根附近氣流的通流能力;(4)近壁面徑向壓力梯度因采用周向彎曲而發(fā)生變化,正彎可提高徑向逆壓梯度,有利于限制壓力面壁面流動分離脫落的低能流體向葉頂端壁匯聚,但不利于降低輸運沿程損失,反彎則降低這一梯度,并造成相反影響結果;(5)周向彎曲使葉頂泄漏渦流動結構改變,正彎使渦的起源推遲,擴散程度降低,渦心徑向高度得到保持;積疊線反彎則使葉頂泄漏渦起源提前,渦的擴散程度擴大,渦心徑向高度大幅降低,不利于降低葉頂泄漏渦帶來的損失;(6)泄漏渦渦聲源發(fā)展路徑與渦發(fā)展路徑相一致,正彎可降低渦聲強度和穩(wěn)定性,使聲源消失加速,反彎則提高了渦聲強度并增強了其穩(wěn)定性,推遲聲源消失,不利于削弱葉輪渦聲。在軸流葉輪葉片上采用NACA65翼型并結合彎掠特征,對設計的葉輪進行的數(shù)值模擬和實驗驗證所取得的研究結果豐富了聲速翼型在低流風機應用上的研究,為此系列翼型在軸流風機上的研究和應用提供了借鑒。
目前的工業(yè)用軸流風機存在效率低、噪聲大等缺點,軸流葉輪葉片所選用的翼型并結合彎掠特征在提高葉輪氣動效率、減小氣動噪聲及拓寬葉輪穩(wěn)定工作范圍等氣動特性上具有*表現(xiàn),相關方面的研究越來越廣泛和深入,但研究對象普遍集中于低速翼型結合彎掠特征上,對高速翼型結合彎掠特征在低流風機上的研究還相對較少。本文采用孤立翼型設計方法和變環(huán)量流型結合三維造型方法并選取以往研究發(fā)現(xiàn)的*積疊線組合方式及彎曲角度設計了具有NACA65翼型的直葉片、正彎和反彎葉片軸流葉輪,并采用計算流體力學方法計算了三種葉輪的氣動及葉頂渦聲特性,分析了周向彎曲方向對三種翼型葉輪的氣動和聲學特性影響規(guī)律。主要研究內容及結果如下:(1)對具有NACA65-410翼型的直葉片軸流葉輪進行了總體氣動性能實驗驗證,結果表明兩者變化趨勢吻合良好,平均誤差處于10%以內,表明模擬結果真實可信;(2)直葉片積疊線引入周向彎曲后對葉輪氣動特性的影響規(guī)律并不一致,運行工況處于設計工況以下時周向彎曲可分別降低或提高氣動性能;而葉輪工作在設計流量以上一定范圍時,正彎后葉輪的氣動效率可提高2%左右,全壓zui高可提高8%;(3)周向彎曲的引入改變了葉片對空氣的加功規(guī)律,正彎可提高葉片對空氣做功能力并改善流道內氣流通流能力,反彎則降低葉片做功能力并降低葉頂附近氣流通流能力,尤其是葉根附近氣流的通流能力;(4)近壁面徑向壓力梯度因采用周向彎曲而發(fā)生變化,正彎可提高徑向逆壓梯度,有利于限制壓力面壁面流動分離脫落的低能流體向葉頂端壁匯聚,但不利于降低輸運沿程損失,反彎則降低這一梯度,并造成相反影響結果;(5)周向彎曲使葉頂泄漏渦流動結構改變,正彎使渦的起源推遲,擴散程度降低,渦心徑向高度得到保持;積疊線反彎則使葉頂泄漏渦起源提前,渦的擴散程度擴大,渦心徑向高度大幅降低,不利于降低葉頂泄漏渦帶來的損失;(6)泄漏渦渦聲源發(fā)展路徑與渦發(fā)展路徑相一致,正彎可降低渦聲強度和穩(wěn)定性,使聲源消失加速,反彎則提高了渦聲強度并增強了其穩(wěn)定性,推遲聲源消失,不利于削弱葉輪渦聲。在軸流葉輪葉片上采用NACA65翼型并結合彎掠特征,對設計的葉輪進行的數(shù)值模擬和實驗驗證所取得的研究結果豐富了聲速翼型在低流風機應用上的研究,為此系列翼型在軸流風機上的研究和應用提供了借鑒。
