旋转导叶风机的理论分析与试验研究

本文应用叶轮机械叶片绕流控制的气动理论与边界层理论提出的旋转导叶风机,使设置在工作轮叶片表面上的附加导叶给边界层内气流增添了动量,改善了沿叶面的流速分布,从而避免了在临界与超临界工况下的边界层分离.对比试验研究表明,和不带导叶的同一台风机相比,这种旋转导叶风机在效率、噪声与工况范围等气动性能方面均有改善.内部流场可视化试验表明,设置于叶尖的导叶明显减少了叶尖间隙的反向流动与二次涡流,使出口流场更为均匀.     

叶尖小翼对轴流风机气动性能及噪声特性影响的数值研究

为了控制轴流风机叶顶泄漏流造成的气动损失和噪声,在轴流风机叶片顶部添加了融合式叶尖小翼结构,并对风机的气动性能及噪声特性进行了数值研究。采用大涡模拟结合声类比方程的数值方法,研究了叶尖小翼对轴流风机流场和声场的影响。通过对风机叶尖流场和声场进行分析,对比不同外倾角的融合式叶尖小翼周围的涡场结构以及表面声压脉动,分析了不同外倾角小翼对叶尖泄漏流的控制作用以及叶尖小翼对风机气动性能和噪声特性产生的影响。结果显示:叶尖小翼结构可以有效抑制叶尖泄漏涡以及叶尖分离涡的发展,降低轴流风机的气动噪声,提高轴流风机静压效率;使用20°外倾角的叶尖小翼,风机静压效率提高了1.1%,噪声降低了5.0dB;叶尖泄漏流造成的气动噪声主要是宽频噪声,叶尖小翼可以明显降低轴流风机的宽频噪声;通过优化叶尖小翼的外倾角可以在不损害风机气动性能的同时实现较好的降噪效果。     

低压轴流风机的内部涡流特性及气动噪声

以中央空调中带导风圈的低压轴流风机为研究对象,对其内部涡流特性和气动噪声展开研究。采用大涡模拟计算了均匀进气情况下半管道式低压轴流风机的三维瞬态流场。计算结果表明叶尖涡是其内流场主要特征,叶尖涡的形成、发展和破碎对气动噪声源的分布有重要影响。提取了主要噪声源处的非定常压力脉动进行频谱分析,显示其叶片尾缘处脱落涡频率特征明显。风机的远场噪声采用LES/FW-H声类比方法进行预测,结果表明低压轴流风机的气动噪声以宽频成分的紊流噪声为主,预测的声压级频谱与实验吻合得较好。     

旋转导叶混流式风机及系列产品研究通过鉴定

由我校动力系和武汉鼓风机厂共同承担武汉市科委下达的“旋转导叶混流式风机及系列产品研究”于五月六日在武汉鼓风机厂通过武汉市科委组织的鉴定.旋转导流风机是80年代出现的一种新型风机,它由普通轴流式风机工作轮叶片上增设附加导叶所构成.增设附加导叶的目的在于控制工作轮叶栅由于附面层的发展与分离所引起的尾迹、潜流、二次流等损失,从而改善气动性能,达到提高效率、降低噪音的目的.     

非均匀栅距对压气机转子-静子气动干涉噪声的影响

根据Lighthill气动声学理论,推导出非均匀栅距结构下压气机转子-静子气动干涉噪声频谱公式。研究的叶栅结构为带进口导叶的单级三排叶栅,其中动叶栅距不变,而导叶和静叶栅距均采用非均匀栅距。计算了各种叶栅结构下转子-静子气动干涉噪声的大小。对不同叶栅结构的计算分析表明：在导叶和静叶采用一定的非均匀栅距组合型式下,在保证压气机级气动性能变化不大的同时,转子-静子干涉噪声能够得到降低。     

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。     

基于非定常流场的离心风机气动噪声分析

提出了一种不直接求解声场却能为离心风机降噪提供有用信息的分析方法.首先,利用有限容积法对风机内部的非定常流场进行计算.然后,采用时域和频域分析方法对流场内静压脉动的强度和频率进行分析.最后,根据声学基本理论,判定风机内部主要气动噪声源的位置及噪声类型.应用该方法对某离心风机进行了计算,并将分析计算结果与该风机的噪声测量结果进行了对比,证明该方法能够有效地判断气动噪声源的位置和噪声类型.     

降低动叶与静叶互干扰噪声研究

本文分析旋转噪声的产生机理，采用增大动叶和静叶轴向间距的降噪方法进行试验，结果表明，适当增大轴向间距，可降低风机的噪声，并且在保证风机气动特性前提下，有一个最佳的间距，使风机的噪声最低。     

矩形槽机匣对轴流通风机气动性能和噪声的影响

为探究矩形槽机匣对轴流通风机气动性能及噪声的影响,以单极轴流式通风机为研究对象,采用FLUENT对各方案机匣风机性能进行数值计算,并利用Lighthill声比拟进行噪声预测。研究结果表明：矩形槽机匣能使风机全压下降,效率提高;使叶顶区域流场更加紊乱,叶片表面静压得以重新分布,减缓泄漏流的发展,叶轮做功能力下降;轴流通风机近场以离散噪声为主,叶顶区域噪声最大,尾缘区域次之,前缘区域噪声最小;矩形槽机匣对风机噪声影响显著,合理的开槽结构可使风机噪声降低。通过实验验证了数值计算的可靠性,为轴流通风机气动性能和噪声研究提供数据支持和实验基础。     

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°。     

后置导叶翼型斜流式风机获我国首批审定的发明专利

由我院压缩机教研室研制的后置导叶翼型斜流式风机获得我国首批审定的发明专利,国家专利局1985年9月10日公布了这一专利权。 后置导叶翼型斜流式风机是根据三元流动理论和假想等价速度三角形的概念进行设计的,同时,利用NACA65系列叶栅资料完成叶片翼型的几何造型设计。它是一种介于轴流风机和离心风机之间的新型风机,因而具有轴流式大流量和离心式高压力的特点,在比转速70～130范围内,具有明显的高效率和低噪声的优点。具体技术指标为:     

叶尖间隙对小流量超音压气机级性能的影响

为研究叶尖间隙对级环境下压气机气动性能的影响,以带导叶的超音压气机级为研究对象,采用商用软件NUMECA对该压气机在转子叶尖间隙为0、0.3、0.6、0.9 mm时进行三维数值计算,分析了该压气机级气动性能及流动特点.结果表明:随着叶尖间隙的增大,转子叶尖处激波向上游移动;静子进口气流攻角增大,最终导致压气机稳定工作裕...     

风力机气动噪声测量分析

针对风力机气动调幅噪声,提出了一种新的测量和分析方法。在风力机前部左右45°位置测量调幅噪声。对测量数据高通滤波后,求取瞬时d BC值;傅里叶变换后得到调幅噪声幅值和叶片通过频率。采用此方法对1.5 MW风力机气动噪声进行测量分析,发现风机气动调幅噪声与来流风速和湍流有很强的关联。新方法有助于建立风力发电机组的气动噪声测量标准,以更好的控制风力机的调幅噪声。     

低噪声罗茨鼓风机的结构设计与内流数值模拟研究

以罗茨鼓风机为研究对象,通过气流脉动与噪声分析、低噪声结构设计及内部流场数值模拟分析,提出减少风机排气口回流冲击强度、消减气流脉动及紊流是控制气动噪声的主要途径。总结了转子叶轮型线改进、转子串接、转子扭叶、异型排气口、预进气或逆流冷却等低噪声结构设计原则。最后,运用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT对风机内流进行数值模拟,证明三叶转子比二叶转子回流冲击强度小,逆流冷却能够大幅度降低气流脉动压力,为低噪声结构优化设计提供了理论基础。     

双叉式叶尖结构对风力机气动噪声的影响

为降低风力机的气动噪声,提出一种用于小型风力机的双叉式叶尖结构改型设计方案,在风洞实验室开展了风力机外特性测试与气动噪声试验.试验结果表明:双叉式叶尖结构在3～9m/s的低风速段和中风速段能提高风力机的输出功率;双叉式叶尖结构可降低风力机风轮旋转基频所对应的最大声压级与叶尖涡脱落频率所对应的声压级.由此可知双叉式叶尖结构能有效降低风力机的气动噪声,其中叶尖夹角为90°的双叉式叶尖结构降噪性能最优.     

叶尖间隙对风机噪声影响的试验研究

本文通过对轴流风机在不同叶尖间隙下进行的试验研究,探讨了叶尖间隙对风机噪声的影响,进而研究在叶片外缘加旋转环控制间隙涡流的效果,结果表明,相同间隙条件加环风机与不加环风机相比噪声降低,性能改善。     

叶尖结构变化对风力机噪声源分布特性的影响

为探究由水平轴风力机叶尖结构变化所造成的风力机噪声源分布特性的规律,利用圆盘声阵列系统对不同叶尖结构风力机采用近场声全息技术和远场波束形成技术进行噪声源识别.采集得到运行中的水平轴风力机在额定工况下的噪声信号,分析了噪声源声压级变化情况以及风力机噪声声源位置的分布规律.结果 表明:叶尖结构变化可以有效降低风力机的气动噪声,改变了风力机叶尖噪声的强度和产生位置,在一定程度上降低了叶尖噪声.通过对风力机叶尖结构的优化设计可以在不损害风力机气动性能的同时,实现较好的降噪效果.     

风机叶片结冰对其一体化结构动态响应影响的数值分析

基于美国可再生能源实验室的导管架式一体化海上风机模型,将计算流体力学(CFD)方法与风机一体化分析方法进行耦合,研究叶片结冰过程及其结冰后对风机整体动态性能的影响.首先将一体化分析得到的叶片运动姿态输入到CFD中,采用离散多相模型和融化-凝固模型进行三维风机叶片覆冰增长模拟,然后应用k-ε湍流模型计算结冰前后的气动性能,最后将叶片覆冰后的气动载荷结果返回到一体化分析方法中,分析叶片结冰对风机整体响应产生的影响.计算结果表明,叶片沿叶展方向结冰呈线性增加,结冰主要集中在叶片前缘,叶尖处积冰最厚;覆冰后叶片各剖面翼型升力系数降低、阻力系数升高.叶片结冰会降低整机功率、转子的转矩和转速,叶尖和塔顶产生额外振动响应,风机达到额定功率所需风速增大.     

孔型及倾斜角对穿孔叶片气动和噪声特性的影响

针对叶片尾缘穿孔对气动及噪声特性的影响,基于NACA65019叶片,在雷诺数Re=2×105条件下,采用大涡模拟和FW-H方法研究孔型和倾斜角对叶片气动特性、绕流流场和噪声特性的影响规律,并选择降噪效果较好的穿孔模型应用到小型轴流风机上,对穿孔风机进行试验。结果表明：当穿孔倾斜角为30°时,在一定攻角范围内(α≤10°),圆柱型穿孔叶片气动性能最接近原始叶片,并且该穿孔叶片总声压级降低可达9 dB。这是由于穿孔叶片有效抑制了涡量沿叶片表面法向的发展,加速了尾缘涡沿流动方向的能量衰减,且穿孔形成的射流使大尺度的涡破碎形成小尺度的涡,衰减波动力,降低了气动噪声。     

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。