仿鸟翼厚度分布特征叶片的贯流风机气动性能研究

为提升空调器用贯流风机的气动性能,降低风机功耗,受鸟类翼型结构启发,研究了仿生翼型设计对贯流风机气动性能的影响。首先分别提取具有优良气动性能的长耳鸮和海鸥翅膀展向40%处截面翼型进行仿生逆向重构,基于鸟翼厚度分布特征进行贯流风机叶片仿生设计,考虑到叶片强度和工艺条件的影响,针对设计的仿生翼型叶片进行了改型设计并应用于贯流风机中。然后采用数值模拟研究了两种仿鸟翼叶片对贯流风机内流场结构及其气动性能的影响。最后针对贯流风机的气动性能进行实验测量,验证仿生叶片设计对提升贯流风机气动性能的有效性。研究结果表明：两种仿鸟翼叶片前缘形态均能有效抑制叶轮外缘分离涡,减少叶道进口侧阻塞;两种叶片对于内圆周进口侧附面层堆积形成的二次流均有改善作用,低转速下前缘厚度变化剧烈的长耳鸮仿生叶轮表现更明显;两种仿鸟翼叶片均能增强偏心涡强度,使叶片做功能力提升,出口流速增大,叶轮效率提升。选取性能较优的长耳鸮仿生叶轮进行实验研究,与原型机相比,不同工况下采用长耳鸮仿生叶轮的整机的加权风量提升29.6 m³·h^-1;相同风量条件下,整机功率降低了3.5%。     

离心风机集流器的响应面优化设计

对某高效低噪音离心风机的集流器进行了优化设计研究,首先通过数值计算得到了在初始设计的集流器扩张角、集流器收缩角和扩张段长度等参数下的离心风机气动性能,并与实验结果进行对比验证,在此基础上采用响应面方法进行二次回归拟合,得到了锥弧型集流器扩张角、收缩角和扩张段长度与风机效率及声功率级之间的函数关系并进行了优化分析,由此得到使风机性能最优的集流器参数。分析结果表明,锥弧型集流器对离心风机气动性能的影响比较显著,对声功率级的影响不太显著,锥弧型集流器的扩张角、收缩角对离心风机气动性能的影响明显,而集流器扩张段长度对气动性能的影响很小。优化后的集流器使得离心风机的效率提升了3.6%,静压提高了4.1%,声功率级降低了1.7dB。     

多翼离心风机双圆弧叶片的参数优化设计及气动性能分析

为改善多翼离心风机气动性能和噪声特性,结合双圆弧叶片具有较高流道设计自由度的特点,本文以性能较优的单圆弧叶片多翼离心风机为基础,通过CFD与实验相结合的方法对双圆弧叶片进行全参数匹配优化设计。以0 Pa静压工况下风机风量为优化目标,采用Box-Behnken响应面实验设计方法对双圆弧叶片的进口角、出口角、内外径比、拱点圆直径以及中心角进行参数方案设计,获得了46组样本空间。通过对设计参数和样本结果进行二次回归拟合,得到了双圆弧叶片参数与风量的函数关系及最优参数组合。结果表明,进口角和出口角在所有主效应中对风量的影响灵敏度最高,而进口角-出口角以及内外径比-中心角在所有交互效应中对风量的影响灵敏度最高。通过CFD和FW-H声类比方法对风机的气动性能和声场进行数值计算,计算结果表明优化风机的风量较原型风机增加了118 m³·h^-1,相对提升9.7%。优化叶片能够有效抑制叶间流道内旋涡流的生成和发展,叶片的进、出口角与气流的进、出口流动冲角吻合度更高,有效减小了叶片前缘气流冲击产生的压力脉动以及尾迹流与蜗壳的非定常相互作用。实验结果表明,优化风机功...     

前向离心风机蜗壳出口结构的数值优化

对某前向离心风机内部三维非定常流动进行了数值计算,重点研究了蜗壳出口的3个结构参数--蜗壳出口扩张角、叶轮的露出长度以及蜗舌间隙对风机气动性能及气动噪声的综合影响.通过响应面方法对数值结果进行二次回归拟合,得到3个结构参数与风机效率和A声级间的函数关系,并进行了优化分析.数值结果表明:叶轮露出长度和蜗舌间隙对风机效率和A声级影响较为显著,通过优化能够在保持风机效率基本不变的情况下使A声级降低9.4 dB.将可靠的CFD数值技术与响应面方法结合起来用于指导离心风机的改进及试验设计是可行的.     

集流器结构对多翼离心风机气动性能的影响

针对多翼离心风机的集流器,采用计算流体力学(CFD)方法和实验测量方法研究了结构对吸油烟机用多翼离心风机气动性能的影响。首先,通过CFD方法对吸油烟机用多翼离心风机的原型机进行了多工况数值模拟,获得流量-压力性能曲线,并将数值模拟结果与实验测量结果进行比较,验证了本文模型的有效性。然后,通过改变集流器出口直径do与集流器到叶轮轴向间隙δ来确定集流器最佳结构参数,达到提高风机气动性能的目的。与原型风机相比,采用经过参数优化的集流器,风机的气动性能得到提升。优化前后多翼离心风机内部流场的分析结果表明:集流器结构参数的优化,使得多翼离心风机在整个工况范围内的气动性能都得到了提升;但是,随着集流器与叶轮之间轴向间隙的增大,风机气动性能的变化呈非线性;当do=206mm、δ=6mm时,风机的风量达到最大。实验测量结果表明:所用集流器的多翼离心风机的最大风量增加了1.0m3/min,最大静压提升了25Pa。数值和实验研究工作对多翼离心风机性能改进具有理论意义和实际应用价值。     

椭圆形进口集流器对多翼离心风机性能影响的实验研究

针对中央空调中广泛使用的多翼离心风机,设计了一种新结构的椭圆形进口集流器,实验研究了这种集流器对风机性能的影响.研究结果表明:适当增加集流器出口面积有利于改进风机的气动性能,但同时噪声有所提高;相比传统集流器,具有合理参数及安装位置的椭圆形集流器能够更好地提高风机的综合性能.当椭圆形集流器的偏心角θ为0°、偏距比ε1和ε2均为0.067时,风机在变转速工况范围内的风量增加了8.8%～12.8%,总效率提高了1.7%～4.6%,噪声降低了0.4～0.6dB;当θ为30°、ε1和ε2均为0.067时,风机风量增加了2.5%～6.0%,总效率提高了0.6%～1.4%,噪声降低1.2～1.5dB.实验结果为改进前向多翼离心风机的性能提供了一条可以继续探索的途径,也可为完善该类风机的设计方法提供参考.     

复合材料风机叶轮内流场数值模拟

应用粘性流体力学的基本原理,采用专业流体力学软件对复合材料风机叶轮内气流流动进行数值模拟,发现叶轮内气流流动状况不理想,据此对叶轮的叶片进行改进设计,得到了改进叶片设计后叶轮内的流场,改进了复合材料风机叶轮的结构,改善了叶轮内部气流的流动状况,提高了叶轮的气动性能,为研制出高性能的新型复合材料风机叶轮奠定了基础。     

采用仿鸮翼叶片降低空调用离心风机气动噪声的研究

基于逆向工程设计方法,提取具有优良气动性能和低噪声特性的长耳鸮翅膀展向40%截面位置处的翼型进行仿生重构,并将其应用于窗式空调用离心风机叶片的叶型改进中。采用数值计算方法研究了仿鸮翼翼型叶片4种不同中弧线分布方式的降噪效果,对最优设计风机的气动性能和噪声进行了试验验证。与原型相比,仿生翼型叶片按照单圆弧中弧线分布设计的离心风机降噪效果最好,在风量基本保持不变的同时风机噪声下降了1.3dB。风机内部流动及其噪声特性的数值模拟结果表明:仿鸮翼叶片的应用可减少叶轮流道内的低速分离区域,有效抑制通道内旋涡流的产生和发展,同时减弱叶轮与蜗舌间周期性的非定常相互作用,降低叶片前缘区域和蜗舌区域的压力脉动,从而有效降低空调用离心风机产生的气动噪声。     

轮盖开孔的离心风机流场研究

提出的在离心风机轮盖上靠近叶片吸力面处开孔的方法,可利用蜗壳内的高压气体产生射流,从而直接给叶轮内的低速或分离流体提供能量,以减弱由叶轮内二次流所导致的射流-尾迹结构,并可用于消除或解决部分负荷时常发生的离心叶轮的积灰问题.通过对离心风机整机的数值实验发现,轮盖开孔后,在设计点附近的风机压力提高了约2%,全压效率提高了1%以上,小流量时压力提高了1.5%,全压效率提高了2.1%.进一步的流场分析表明,在设计流量和小流量时,由于轮盖开孔形成的射流可以明显改善叶轮出口的分离流动,减小低速区域,降低叶轮出口处的最高速度和速度梯度,从而减弱离心叶轮出口处的射流一尾迹结构.此外,沿叶片表面流动分离区域减小,压力增加更有规律.所提方法可以提高设计流量和小流量下的闭式离心叶轮性能和整机性能,结合其他离心叶轮自适应边界层控制技术,可全面提高离心叶轮的性能.     

前向多叶离心风机蜗壳内流场的试验

前向多叶离心风机广泛应用于空调系统．由于该风机叶片进出口角大、流道短,叶轮内部气体流动非常复杂．另外,蜗壳与叶轮的匹配对风机的性能和噪声的影响也很大．目前的设计方法还不完善,需要不断地以风机的实际内部流场规律来加以改进．利用五孔探针对上述风机的蜗壳内部三维流场进行了测试,弄清了蜗壳内流场沿轴向、径向、圆周方向的分布情况,为今后的产品开发和流场的数值模拟研究积累了有益的资料     

尺寸限制下的多翼离心风机蜗壳型线设计

为解决切割蜗壳型线造成多翼离心风机气动性能下降的问题,采用七个控制点构成的二次非均匀B样条(NUQBS)曲线表征蜗壳型线的扩张规律,并布置两个相近的控制点满足风机尺寸要求.为减少数值模拟的计算量,利用最优拉丁超立方试验设计方法,对控制点的3个设计变量进行空间采样.用径向基函数(RBF)神经网络模型建立设计变量与优化目标之间的响应关系,使用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对其进行多目标优化.研究结果表明:RBF神经网络模型能准确预测设计变量与风机流量和效率之间的关系;优化后的蜗壳改善了风机内部流动状态,扩大了叶轮的做功范围;与原型机相比,风机的最大流量增大1.12 m~3/min,效率提高4.4%,气动噪声降低1.72 dB.     

采用仿鱼形叶片的多翼离心风机性能研究

受鲹科鱼类机动游动姿态和涡流特征启发,设计了一种仿鲹科鱼体弯曲姿态的多翼离心风机用仿生叶片,采用数值模拟方法,分别研究了常规单圆弧原型叶片和仿鱼形叶片对多翼离心风机气动性能、噪声的影响。通过可视化分析发现,在仿鱼形叶片的叶道内,旋涡强度明显小于原型风机,流场分布更加均匀。仿鱼形叶片的采用有效降低了风机蜗舌处的压力脉动,减弱了叶片与蜗舌之间的非定常相互作用。风机气动噪声计算与分析结果表明,单圆弧原型叶片的风机噪声频率分布于低频声段和中频声段,而仿鱼形叶片的风机噪声频率主要集中在中频声段范围内,这表明两种风机的噪声频率分布规律和噪声传播路径不相同。数值计算结果表明,采用仿鱼形叶片的多翼离心风机气动性能明显得到改善,其中风量增加了12.5%,效率提升了5.65%,同时测点处噪声平均值下降了2.78dB。     

仿鸮翼前缘蜗舌对多翼离心风机气动性能和噪声的影响

针对某多翼离心风机,受鸮类翅膀前缘结构的启发,设计了一种新型降噪结构——仿鸮翼前缘蜗舌。基于逆向工程方法,通过提取长耳鸮翅膀气动性能较好的40%翼展方向上的翅膀剖面型线,对风机蜗舌进行了仿生降噪重构设计,并分别对原型风机和仿生蜗舌风机的气动性能和噪声特性进行了数值模拟。研究结果显示,仿鸮翼前缘蜗舌风机的风量较原型风机增加了1.9m3/min,噪声下降了1.6dB,效率提高了3.8%,表明采用仿生蜗舌有效降低了气流对风机蜗舌的冲击作用,抑制了流动分离的发生,在蜗舌附近区域流场的逆压梯度明显减小,涡的结构、强度和分布都有所改变。     

小型前弯离心风机叶轮参数优化

为了提高小型前弯离心风机的气动性能,以汽车座椅通风用离心风机为研究对象,采用数值模拟与正交试验相结合的方法,研究叶片数、叶片出口角、叶片进口角以及叶片厚度对离心风机气动性能的影响. 基于小风量风机性能实验台,验证数值模拟结果的正确性. 选取三水平正交表L9（34）进行此次试验,建立了9种不同参数组合下的叶轮模型,以最大静压为优化目标,采用计算流体动力学方法,得到了最佳离心风机参数组合. 对优化前、后离心风机内部流场的压力与速度分布进行了对比分析. 由正交试验结果分析可知,各参数对离心风机最大静压影响的主次顺序为叶片出口角、叶片进口角、叶片数和叶片厚度;达到最大静压的参数组合为：叶片数55,叶片进口角95°,叶片出口角125°,叶片厚度0.8 mm. 优化后离心风机的无因次特性曲线优于原有风机,在高效率区域静压可提高3.78%~10.67%,具有更好的气动性能. 对比优化前、后离心风机内部流场的压力与速度分布可知,优化后的离心风机内部流场分布更加均匀,在叶轮进口处低压区的压力更低,速度更大,更有利于气流的进入.     

考虑轮盖结构及间隙的风机优化设计

风机是传统行业的主要耗能原件.对风机进行优化设计,提升风机的静压效率对于节能环保具有重要的意义.迄今为止风机的优化设计更多聚焦叶轮结构,对于轮盖结构及间隙对风机性能影响的研究却很少.为提高一款工业离心式风机气动性能,通过实验和数值模拟的方法研究了轮盖结构与间隙以及前安装角对风机性能的影响,并对其进行了优化设计.首先,对...     

叶片几何参数对轴流叶轮气动性能的影响规律研究

轴流叶轮是轴流式风力灭火机的关键灭火部件,轴流叶轮叶片的安装角度和叶片数是影响轴流式灭火风机气动性能的重要因素,通过对比5种轴流式灭火风机的气动性能实验数据进行分析,研究了不同叶片数和叶片角度对轴流式灭火风机气动性能的影响,得出了其性能参数随叶片角度和叶片数改变的变化规律,试验结果表明:轴流叶轮叶片数为6、叶片角度为38°的5号轴流式灭火风机风量最接近设计风量,达到1 400.3 m3/h,轴功率远小于便携式风力灭火机的功率要求,气动性能良好,基本满足灭火风机的气动性能要求。因此应用于轴流式风力灭火机的轴流叶轮叶片数宜取6片,叶片角度宜取38°。     

离心风机气动声学分析的一个理论模型和计算方法

通过求解具有延迟时间，包含三维流速影响的非齐次波动方程，得到了离心叶轮气动导报学的基本方程，对气动声源的分析表明，在离心风机的气动噪声中，起主要影响作用的是偶极子和四极子声源，而流动过程中产生的涡是最主要的四极子源，提出了一种用于分析离心风机气动噪声的声学模型，即忽略蜗壳进、出口声学软边界的影响，将蜗壳简化为一个封闭的声学硬边界柱壳，并推出柱壳腔体内的格林函数，利用该函数对离心风机内部由旋转叶轮产生的气动声场进行了时域求解并给出了理论解方程，在计算出离心风机内部的三维非稳定流场之后，利用本文模型和理论解方程就可求出与该流场相对应的气动声场。     

离心风机基频气动偶极子噪声的数值研究

运用计算流体动力学技术及声比拟理论研究了离心风机3个不同流量下蜗壳及叶片表面偶极子声源产生的基频噪声.风机内部三维瞬态流场由计算流体动力学模拟得到.根据气动声学的FW-H方程对蜗壳内表面提取偶极子声源,对于叶片噪声利用Lowson公式进行建模.为了使计算模型更符合实际,建立了以蜗壳为界的内外声学直接边界元模型,使用多区域声学边界元模型,考虑蜗壳对声传播的散射作用,内部噪声通过蜗壳的进出口传播到风机外部.结果表明:在非定常流场中,蜗壳表面的压力波动以基频为主,而叶片上的压力波动并没有明显的基频分量;蜗舌是基频噪声的最主要声源;随着流量变大,蜗壳辐射的噪声急剧增加;由叶片产生的偶极子基频噪声比蜗壳小,特别是在大流量工况下.     

离心式风机流动特性的数值分析与改型设计

对某种船用通风机的内部流动进行了三维数值模拟,获取其性能曲线,对其流场特性进行了分析,在此基础上提出改进方案.通过修改叶片与蜗壳形状,明显地改善了叶栅与蜗壳通道的流动状态,尤其是消除了蜗舌附近区域的紊乱现象,使风机全压和效率有了显著提高.并对计算中的一些关键问题进行了讨论.     

多翼离心风机小流量工况流动特性PIV研究

利用示踪粒子成像测速(PIV)技术对多翼离心风机内部流动进行了测量,分析了小流量工况及最高效率点下蜗舌区域及进口区域处的流场.研究结果表明:蜗舌间隙回流在小流量工况下明显加剧,此时大部分气流随着叶轮在蜗壳中循环流动;两种工况下风机进口区域均存在一旋向和叶轮旋转方向一致的非定常旋涡;和最高效率点相比,小流量工况下蜗壳内的循环气流不仅改变了进口旋涡的位置,也使该旋涡的规模和强度显著提高;对瞬态测量结果的进一步分析表明该旋涡的形态和位置在小流量工况下更为稳定.测量结果可为多翼离心风机小流量工况下性能和噪声的优化提供一定参考.