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.     

单圆弧等厚叶片前后缘多元耦合仿生设计及降噪机理研究

采用计算流体力学(CFD)方法和实验测量方法分别研究了多元耦合仿生叶片的降噪机理及其对多翼离心风机气动性能和噪声特性的影响。基于逆向工程设计方法,通过提取苍鹰翼翅前后缘典型结构特征,设计了一种前缘波形结构耦合尾缘齿形结构的仿生叶片,同时对仿生叶片和多翼离心风机用单圆弧等厚度叶片的气动性能及流动和噪声特性进行了数值分析,通过比较揭示了多元耦合仿生叶片的降噪机理,得到仿生叶片尾缘的齿形结构可改变叶片尾缘脱落涡结构和频率、前缘的非光滑波形结构可减小叶片表面脉动以及气流对叶片前缘的冲击等结果。相对于原型叶片,仿生叶片的基频和倍频均有所下降,仿生叶片的A计权声压级降低了2.1dB。6种仿生叶片应用于多翼离心风机的实验研究表明:仿生叶片前后缘结构设计参数会影响多翼离心风机的风量、风压和噪声;采用多元耦合仿生叶片,风机噪声最大下降1.5dB,而风机的风量和风压基本不变。     

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。     

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。     

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。     

滚筒洗衣机烘干流道改进及离心风机降噪研究

为研究滚筒洗衣机的烘干流道与其离心风机的气动性能和气动噪声的匹配关系,优化烘干流道、提升离心风机气动性能、降低气动噪声,文章利用数值模拟的方法对离心风机的流场特性进行仿真,对其气动噪声进行模拟,获得了原模型离心风机的流场特性和气动噪声特性,并通过实验验证了数值模拟的正确性;根据计算结果,设计了改进模型提升离心风机的气动性能,降低其气动噪声,并进行实验测试了原模型与改进模型离心风机的性能。结果表明:改进后的烘干流道降低了对气流的阻力,改善了其与离心风机的匹配关系,使风机全压提升45.61Pa,提升幅度达23.05%,效率提升20.11%,洗衣机整机噪声下降2.54dB(A)。优化后的流道和离心风机的气动性能与噪声特性具有良好的匹配关系。     

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.     

多翼离心风机分组优化设计对风机盘管整机气动性能的响应度研究

为提升空调器整机性能,揭示多翼离心风机各动静部件之间的协同匹配优化效果及整机状态下的流动特性,以风量作为主要参数,引入系数ε表征单风机性能变化对风机盘管整机性能变化的响应度。采用分组优化设计的方法研究了叶轮、蜗壳型线、蜗舌和集流器对单风机以及风机盘管整机气动性能的影响。研究结果表明：基于贝塞尔曲线的吸力面仿鱼形叶片设计对风机盘管整机性能的响应度最高,有效抑制了叶片吸力面上的流动分离,降低了气流对叶片前缘的冲击作用;偏流蜗壳型线和浅舌设计能够显著降低蜗壳内的流动损失,但是抗静压能力不足导致整机性能的响应度不高;外凸集流器设计有效改善了叶轮前盘与集流器间隙处的逆压梯度,虽然能够提升单风机性能,但是破坏了风机盘管整机的进气状态,气动性能响应度为负值。与原型机相比,采用分组优化设计之后的单风机风量提升了18%,效率提升了2.8%;风机盘管整机风量提升了11.2%,效率提升了0.83%。     

内凹式蜗舌对多翼离心风机气动性能和噪声影响的研究

针对吸油烟机用多翼离心风机设计了内凹弧形、内凹槽形2种内凹式蜗舌,采用实验测量和数值模拟方法研究了内凹式蜗舌对多翼离心风机气动性能和噪声的影响。与传统的原型蜗舌相比,采用内凹式蜗舌在风机出口压力和运行效率基本保持不变的情况下,叶轮出口气流对蜗舌的冲击强度减小,蜗舌处流场的逆压梯度降低,使得风机气动噪声下降。实验结果表明:与原风机相比,带有内凹弧形蜗舌和内凹槽形蜗舌的多翼离心风机的噪声分别下降了1.4dB和1.7dB;同时,由于内凹式蜗舌能够抑制流动分离,使风机出口处的有效流通面积增大,蜗舌附近区域的旋涡强度及其影响区域减小,从而增加了多翼离心风机的流量。     

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。     

利用CFD技术研究叶片斜度对贯流风机性能的影响

为了考察贯流风机多结构参数同时变化对其内部流场的影响,引出与多结构参数联系紧密的叶片斜度,文章利用CFD技术对不同叶片斜度的贯流风机进行非稳态数值模拟,考察流量系数、风机效率及总压系数的变化情况,并用焓差法风量实验验证模拟结果的正确性。结果表明,叶片斜度对风机性能影响显著,通过优化叶片斜度,可以使其流场内偏心涡移向蜗舌,进口段脱落涡减少,出口流速增大,风机性能得到提升。     

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.     

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%。     

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。     

空调用多翼离心风机叶轮的性能预估

采用二维粘性数值模拟方法对三个不同参数的空调用多翼离心风机叶轮进行了数值计算，分析了空调用多翼离心叶轮的内部流场，预估比较了三个叶轮的风量静压性能．预估结论与试验结果相符，说明了在空调用多翼离心风机设计中可以采用数值模拟技术对叶轮性能进行预估，以减少实物模型试验，缩短产品开发周期，降低产品开发成本。     

流道进口大小对风机流场及换热器的影响研究

针对设置有低温换热装置和轴流风机的矩形流道,为了合理匹配风机与矩形流道的特性,保证流道内高效地换热,文章采用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术研究了轴流风机出口流场随流道进口宽度的变化规律,并对流道内换热器的整体换热量进行了计算。实验结果表明:随着流道宽度的增加、流道阻力的减小,风机出口流场由径向向轴向转变,转变过程极短,但流场状态基本保持不变,在叶顶对应的主流和中心回流之间均存在涡流,随着向下游的发展迅速耗散;在受限进风条件下,风机前后大压差阻碍气流的轴向运动,叶片周向作用力为气流提供周向速度,当形成的离心力大于叶片的径向力时,将改变风机出口气流的流向;蒸发器的换热量并不随进口宽度的增加而线性变化,但气流流动阻力的减小加强了与蒸发器的热交换,导致换热量总体增大。     

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°。     

可控减速法设计离心风机两元叶片的研究

提出采用可控减速法设计离心风机两元叶片,即通过三维黏性流场计算,采用正交试验设计方法,以确定流道内平均速度的减速规律和叶片型线.在满足原有的气动设计点参数和不改变风机轮盖和轮盘几何尺寸的前提下,对某高效离心风机叶片型线进行了重新设计.整机全工况数值计算表明,优化后的风机效率在绝大部分工况范围内都明显提高,压力在设计和小流量工况时也比原风机高,而且大大避免了原风机的过载导致烧毁电机的问题.设计工况详细的流场分析表明,优化设计风机的叶轮流道内静压分布更加均匀,消除了分离损失,说明该方法是风机叶片优化设计的可靠和快速方法.     

柴油机旋流器导流片参数对气体流动的影响

研究柴油机旋流器导流片的形状尺寸对导流片之间气体流动性能的影响.使用CFD软件对导流片间的二维流场进行模拟计算,在不同导流片形状参数下,对计算得到的评价导流片导流性能的参数--出口气体平均流速和流动损失系数进行了对比.计算结果表明,当导流片出口角较小,出口直段较长,导流片圆弧半径较大时,出口气体水平平均流速较大;导流片出口角较大、入口和出口直段较短、圆弧半径较大时,流动损失系数较小.计算结果与旋流器的稳流试验结果基本一致.     

基于CFD分析的弧形翼导弹气动外形优化

为探索将高精度CFD分析引入高超声速飞行器气动外形优化设计的可行性,以6°飞行攻角、6马赫飞行速度下的最大升阻比为目标,引入CFD分析计算气动性能,使用Nelder-Mead可变多面体搜索方法对高超声速弧形翼导弹进行了气动外形优化.计算结果表明,在满足弹翼安全性的条件下,优化外形比初始外形的升阻比有明显提高（约9.22%）,同时阻力系数、弹翼展长和弹翼面积均有不同程度的降低.计算结果充分证明了优化设计的有效性和采用CFD分析的必要性.依据该文结果提出一种前掠弧形翼高超声速导弹气动布局方案.