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轴流风机模块化设计的若干技术研究

轴流风机模块化设计的若干技术研究

作者：张才华浙江大学

学位级别：硕士

轴流风机整体铸造加工精度低,易产生缺陷。本文基于模块化思想,将轴流风机叶轮根据功能不同分为叶片和轮毂两个模块,并将叶片作为通用模块,利用原准叶片设计不同尺寸系列的模块化轴流风机。本文针对轴流风机模块化设计中轮毂比、原准叶... 详细信息

轴流风机整体铸造加工精度低,易产生缺陷。本文基于模块化思想,将轴流风机叶轮根据功能不同分为叶片和轮毂两个模块,并将叶片作为通用模块,利用原准叶片设计不同尺寸系列的模块化轴流风机。本文针对轴流风机模块化设计中轮毂比、原准叶片安装角确定和原准叶片设计压力选择进行了研究。本文首先对改进的变环量设计进行了介绍,利用改进的变环量设计方法在不同设计参数和结构参数条件下,进行了风机设计,并对所设计风机进行了气动性能模拟和对比。通过性能对比可知,利用改进的变环量设计方法设计的风机,压力和效率呈现反相关关系,所以在模块化设计高压头轴流风机时需牺牲一部分风机效率。在模块化设计风机过程中,原准叶片需在不同轮毂比的风机中工作,经过模拟发现,当轮毂比过大时,风机的效率会下降,所以设计原准风机时需要在兼顾风机结构和气动性能时选择尽可能小的轮毂比。在原准叶片与轮毂匹配组成特定尺寸的模块化风机时,需要确定原准叶片的安装角,本文提出了基于几何寻优方法。另外,本文对原准风机设计压力的选择进行了研究,分别选择低压和中压作为设计压力,两者800mm风机的性能相近,但是在大尺寸风机中,中设计压力组成的风机性能更优。最终,在所设计原准叶片的基础上,本文给出了模块化风机的性能谱图。

关键词：轴流风机数值计算模块化设计改进的变环量设计

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轴流风机流场与声场数值模拟方法研究

轴流风机流场与声场数值模拟方法研究

作者：卢勇电子科技大学

学位级别：硕士

轴流风机具有较大范围的流量、简单的结构、耗电较小等诸多优点,在很多领域都得到广泛应用。但是如何评估分析其性能以及风机所带来的噪声问题一直都是一个难题。本文针对一款高转速轴流风机,利用计算流体动力学和计算声学方法对轴流风... 详细信息

轴流风机具有较大范围的流量、简单的结构、耗电较小等诸多优点,在很多领域都得到广泛应用。但是如何评估分析其性能以及风机所带来的噪声问题一直都是一个难题。本文针对一款高转速轴流风机,利用计算流体动力学和计算声学方法对轴流风机内部流场及气动声场进行仿真,研究流场和声场的数值模拟方法,完成的工作如下。(1)利用Workbench软件的SpaceClaim模块,对风机几何模型进行处理和优化,建立风机流场计算域;利用Fluent Meshing软件对整个计算域进行网格划分,并进行网格无关性验证;设置好Fluent中的各种求解参数:包括求解器、边界条件以及近壁面函数等,对仿真结果进行分析,并通过实验验证仿真的准确性。(2)对轴流风机流场进行仿真分析。选取三种不同的湍流模型,采取控制变量法,保持其他参数一致,通过对比三种不同湍流模型的计算特性,计算了动叶片吸力面与压力面的压力分布、动叶片上湍动能的分布以及风机P-Q曲线,并与风洞实验所得到的P-Q曲线对比分析,得到了适用于轴流风机流场特性计算的数值模拟方法。(3)对轴流风机声场特性进行仿真分析。利用大涡模拟方法,选择亚格子尺度模型,通过在轴流风机轴向、径向以及入口45°方向上设置7个噪声监测点,通过仿真计算得到各个噪声监测点的声压值大小,并与实验测得的噪声值进行对比,两者吻合良好,得到了适用于轴流风机声场特性计算的数值模拟方法。

关键词：轴流风机数值模拟性能分析气动噪声

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轴流风机噪声预测与降噪研究

轴流风机噪声预测与降噪研究

作者：刘伯林西南交通大学

学位级别：硕士

本文提出了一种半经验轴流风机的噪声预估技术，用于在设计轴流风机时能够对其噪声指标进行控制，在改造轴流风机时可以更好地区分影响噪声的主要因素。该方法是基于Lee所提出的噪声预估模型，并作出了一定的改进，将原来用于低压... 详细信息

本文提出了一种半经验轴流风机的噪声预估技术，用于在设计轴流风机时能够对其噪声指标进行控制，在改造轴流风机时可以更好地区分影响噪声的主要因素。该方法是基于Lee所提出的噪声预估模型，并作出了一定的改进，将原来用于低压轴流风机的噪声预估方法扩张到高压轴流风机，其频谱预估精度及声压级预估精度都是可以接受的。其基本方法是先对风机进行计算流体力学(CFD)分析，然后从CFD中提取附面层参数，用Lee尾涡脱落模型进行分析得出噪声声压级及频谱。该方法既摆脱了原模型对附面层平板估算的依赖，又较好地满足工程设计中控制噪声的需要，更避免了计算气动声学方法的大计算量和程序复杂的难点，是工程上在噪声预估准确度和难度之间的较好平衡。但是由于噪声能量仅占总能量的很小一部分，要完全准确预估轴流风机噪声值，在现有的计算流体力学、计算气动声学和计算机硬件条件下还不太现实。限于时间及实验条件限制，本文所考虑的噪声预估方法仅仅考虑了由叶片尾迹所产生的噪声，还未考虑动静叶间干涉噪声，但是，在所编制的程序中预留了离散噪声模块，便于今后扩充。

关键词：轴流风机噪声预测声学

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轴流风机出口旋流研究

南京林业大学学报（自然科学版） 1994年第4期18卷 46-50页

作者：郑加强南京林业大学机械工程学院

对病虫害防治机械普遍使用的轴流风机出口旋流，从理论、试验及结果分析建立了轴向速度衰减规律，为选用和设计轴流风机提供参考依据。

关键词：植物保护机械轴流风机旋流速度

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叶片后缘加厚对轴流风机性能的影响

流体机械 2022年第1期50卷 45-52页

作者：汤湘杰李科军应立军中南大学交通运输工程学院长沙410075 中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

为解决NACA65系列翼型叶片后缘轮廓线内切圆半径收敛至0引起的铸造工艺问题,采用三次多项式函数生成叶片后缘厚度函数,精确调整叶片后缘末端厚度。基于Ansys软件对不同叶片后缘厚度的风机进行流体仿真,并分析其气动性能与静力结构特性... 详细信息

为解决NACA65系列翼型叶片后缘轮廓线内切圆半径收敛至0引起的铸造工艺问题,采用三次多项式函数生成叶片后缘厚度函数,精确调整叶片后缘末端厚度。基于Ansys软件对不同叶片后缘厚度的风机进行流体仿真,并分析其气动性能与静力结构特性。结果表明叶片后缘增厚使得叶片附面层分离损失增加,尾迹与叶栅主流区的掺混损失增大。叶片载荷分析表明,1.5 mm-0.80翼型、3 mm-0.80翼型风机叶片所受的最大等效应力分别增加0.59%,1.58%,叶片出风口位置处的等效应力随着厚度增加而略减。1.5 mm为风机叶片后缘增厚的推荐尺寸,其风机最大效率为88.07%,是原翼型风机效率的99.67%,全压曲线与原风机的全压曲线基本重合。

关键词：轴流风机叶片后缘厚度函数气动性能流固耦合

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斜沟槽机匣处理对轴流风机性能影响的数值研究

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流体机械 2017年第1期45卷 30-37页

作者：崔建光叶学民李春曦电站设备状态监测与控制教育部重点实验室(华北电力大学)

为研究斜沟槽机匣处理对风机气动性能的影响,以OB-84型动叶可调式轴流风机为对象,基于FLUENT数值软件,模拟风机在原壁面和六种不同斜沟槽情况下的性能,分析叶顶与吸力面湍动能和涡量分布及不同叶高处的静压和静压差分布。研究表明:斜沟... 详细信息

为研究斜沟槽机匣处理对风机气动性能的影响,以OB-84型动叶可调式轴流风机为对象,基于FLUENT数值软件,模拟风机在原壁面和六种不同斜沟槽情况下的性能,分析叶顶与吸力面湍动能和涡量分布及不同叶高处的静压和静压差分布。研究表明:斜沟槽开槽位置与动叶叶顶前缘的距离及沟槽斜度对风机性能均有明显影响,斜沟槽机匣处理结构改变了叶顶泄漏流场的分布,缓解了泄漏流的发展,削弱了泄漏流与主流的掺混;与原壁面相比,经斜沟槽机匣处理的风机在设计流量下全压和效率均有一定程度提高。综合考虑效率与安全性,方案5具有最优的气动性能,设计流量下效率较原风机提高了0.59%。

关键词：轴流风机斜沟槽机匣处理泄漏流数值模拟

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仿生尾缘襟翼设计及其对轴流风机气动性能的影响研究

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中国电机工程学报 2023年第S1期 143-152页

作者：胡盈彬刘小民覃万翔王威西安交通大学能源与动力工程学院广东顺威精密塑料股份有限公司

襟翼对于翼型增升减阻具有良好的效果，可用来提高风机的气动性能。针对一款小型轴流散热风机，该文基于逆向设计方法和仿生重构技术，以秋沙鸭为仿生对象，提取翅膀沿展向40%截面位置处的型线厚度分布规律进行风机叶片尾缘襟翼的仿生... 详细信息

襟翼对于翼型增升减阻具有良好的效果，可用来提高风机的气动性能。针对一款小型轴流散热风机，该文基于逆向设计方法和仿生重构技术，以秋沙鸭为仿生对象，提取翅膀沿展向40%截面位置处的型线厚度分布规律进行风机叶片尾缘襟翼的仿生设计。采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对带有仿生尾缘襟翼的轴流风机内定场流动进行数值模拟，研究仿生尾缘襟翼设计对轴流风机气动性能及其内部流动的影响。通过改变尾缘襟翼的安装角度，揭示了襟翼安装角度对风机性能及内流特性的影响及内在机理。研究结果表明：增设仿生尾缘襟翼能有效提高风机的做功能力，并扩宽风机的高效运行区。尾缘襟翼的安装角度为140°时，风机性能提升最显著，在设计流量下，全压效率提升8.51%。

关键词：轴流风机气动性能仿生设计尾缘襟翼襟翼角度

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轴流风机扇叶的仿真与分析

轴流风机扇叶的仿真与分析

作者：万福电子科技大学

学位级别：硕士

轴流风机与常用的离心风机相比是一种大流量低扬程的风机。因其结构简单、使用方便，它在汽车领域中发挥了巨大作用。轴流风机内部流场的研究，为掌握轴流风机空气动力性能及优化风机的过流部件提供了可靠的依据;对改善风机性能提出有... 详细信息

轴流风机与常用的离心风机相比是一种大流量低扬程的风机。因其结构简单、使用方便，它在汽车领域中发挥了巨大作用。轴流风机内部流场的研究，为掌握轴流风机空气动力性能及优化风机的过流部件提供了可靠的依据;对改善风机性能提出有效的方法，对国民经济的发展也有着极其深远的意义。本论文正是针对上述问题，通过CFD方法对轴流风机内部流场进行三维数值模拟，得到流体的速度矢量及压力分布，分析扇叶产生的流场，为提高风机性能的作了一定的探索性研究。在探索性研究中，我们采用了流场从整体到局部的分析方法。在初步明确了风机各部分对扇叶流场及风机性能的影响后，重点对风机的关键零件——扇叶进行了比较细致的分析。本课题的主要研究内容为：1、详细研究了在实际风洞实验状态下的流场，结合风机测试方法选用了与测试状态接近的边界条件;2、研究了风机各部分对扇叶流场及风机性能的影响，得出扇叶是影响的主要因素的结果，确定了以扇叶流场为重点的研究对象;3、详细研究了我公司QS1304风扇扇叶周围气体在实验状态下的流场，并提出了改进方案，同时完成了扇叶的实验特性与仿真特性的对比分析;4、通过对改进前后的扇叶进行扇叶送风的实验，对比实验数据与模拟计算结果，初步证明了本文数值模拟方法的正确性与可行性，并基于本文分析的结果提出了一些有助于以后扇叶设计的意见和建议;5、研究了扇叶在工作状态下的简单变形分析和简单模态分析。

关键词：轴流风机扇叶流场 CFD 三维数值模拟

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轴流风机仿生流动控制降噪试验及数值模拟

轴流风机仿生流动控制降噪试验及数值模拟

作者：章甘吉林大学

学位级别：硕士

随着人们生活的日益提高和改善，对轴流风机在内的叶轮机械的气动噪声提出了更高的要求。仿生学作为一门新兴的学科，基于仿生学原理的节能降噪研究日益受到广大学者的关注。本文从仿生流动控制的角度，基于鱼鳍表面形态与材料特性，在... 详细信息

随着人们生活的日益提高和改善，对轴流风机在内的叶轮机械的气动噪声提出了更高的要求。仿生学作为一门新兴的学科，基于仿生学原理的节能降噪研究日益受到广大学者的关注。本文从仿生流动控制的角度，基于鱼鳍表面形态与材料特性，在轴流风机叶片上设计了一种刚柔相间的减阻降噪表面，通过试验和数值模拟相结合的方法探索了仿生表面在风机叶片上的减阻降噪性能及流动控制机理。在风机压力面，刚性肋条在叶顶和叶根间按等距离分布，且肋条走向同叶顶线一致，呈现环状排列，选择肋条结构、肋条高度和肋条间距为试验因素，每个因素选取三个水平，选取L4 9(3)正交表编排试验方案。采用高精度3D打印技术完成制备刚性试验模型件的加工，并将EVA柔性材料贴敷于肋条间的凹槽中，完成鱼鳍仿生表面模型的制备。在多组工况下，对仿生风机和原型风机进行了风洞试验和噪声测试试验，并对试验结果进行了对比分析。风洞试验测试结果表明：在测试电压下，通过流量-静压曲线可知，仿生风机的最大静压和最大流量略有降低，但降幅不大。电压为7.5V时，9号仿生风机最大静压和最大流量分别降低了4%和4.5%;电压为9.5V时，降低了5.3%和4.6%，相比于其他电压工况下，7.5V和9.5V电压下表现出更好的性能。通过流量-功率曲线可知，在全部工况下仿生风机的消耗功率相比原型风机均降低了2%～4%，通过流量-静压效率曲线可知，电压为7.5V时，1、2号仿生风机最大静压效率提高了10.1%和6.9%，电压为9.5V时，2、6、8、9号仿生风机最大静压效率分别提高了4.2%、3.4%、6.2%和3.0%。噪声测试试验结果表明：电压为8.5V、转速为2580rpm，整个频率段，9种仿生风机A声级均有不同程度的降低;电压为11.5V、转速为2980rpm，除少数中心频率点外，仿生风机在整个频率段A声级均有明显的降低，且在中高频段较为明显。通过对总噪声值的对比分析表明，大部分仿生风机均有明显的降噪效果，7.5V、8.5V、9.5V的降噪效果要优于5.5V、6.5V和11.5V。电压为7.5V、转速为2320rpm，9号仿生风机在监测点3处总噪声值降低了2.1dB。电压为8.5V、转速为2580rpm，3、6、9号仿生风机在监测点3处的总噪声值分别降低了2.1、2.1和2.5dB;电压为11.5V、转速为2980rpm，3、6、9号仿生风机在监测点3处的总噪声值分别降低了1.6、1.6和1.0dB。刚性肋条结构的仿生风机叶片进行了稳态的数值分析，结果表明：肋条结构能有效的改善叶片表面径向的压力分布和降低压力梯度，抑制了叶尖涡的形成，同时对改善尾部的气流也有一定的贡献。通过出口速度和全压云图对比可知，仿生风机能有效抑制压力面尾缘处的速度和全压集中区的存在，改善出口的速度和全压分布，降低了压力脉动的幅值，进而降低尾缘处的涡流噪声;柔性材料能有效吸收和缓冲边界层内的脉动压力，减缓湍流猝发，进而降低了湍流边界层噪声。由此可知，仿生风机能有效降低尾缘脱落的涡流噪声、叶尖旋转涡流噪声和湍流边界层噪声。

关键词：仿生轴流风机流动控制风洞试验气动噪声数值分析