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翼型叶片精确参数化建模的研究及应用

流体机械 2015年第8期43卷 36-40页

作者：艾子健秦国良陈雪飞林静祥西安交通大学陕西西安710049 三明学院福建三明365004

从理论上分析了抛物线、单圆弧和双圆弧型翼型中心线方程,推导并更正了双圆弧中心线翼型的前、后缘方向角的取值规律。阐述了翼型叶片截面的参数化建模方法,利用微分的思想,通过中心线分割点的弧长值求得了对应横坐标,从而获得了更加精... 详细信息

从理论上分析了抛物线、单圆弧和双圆弧型翼型中心线方程,推导并更正了双圆弧中心线翼型的前、后缘方向角的取值规律。阐述了翼型叶片截面的参数化建模方法,利用微分的思想,通过中心线分割点的弧长值求得了对应横坐标,从而获得了更加精确的翼型叶片上、下轮廓控制点坐标参数化计算方法。在此基础上,开发了翼型叶片截面参数化绘图程序,实现了叶型截面的精确自动绘制。

关键词：双圆弧翼型叶片叶型中心线参数化建模

离心风机翼型叶片脊状表面的减阻特性及优化研究

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离心风机翼型叶片脊状表面的减阻特性及优化研究

作者：郝晓飞华北电力大学

学位级别：硕士

能源问题是伴随着我国乃至世界各国国民经济发展的最重要问题之一。节约能源措施本身,已被专家视为“第五能源”,可以大大节省常规能源开发的投资。而对于流体机械,因黏性作用,流体在流道内流动时会在机械表面产生摩擦阻力,造成流动损失... 详细信息

能源问题是伴随着我国乃至世界各国国民经济发展的最重要问题之一。节约能源措施本身,已被专家视为“第五能源”,可以大大节省常规能源开发的投资。而对于流体机械,因黏性作用,流体在流道内流动时会在机械表面产生摩擦阻力,造成流动损失,对机械性能产生影响。脊状结构减阻技术源于仿生学的研究,通过在对象表面布置一定形状的脊状结构,能够有效的减小摩擦阻力。本文采用数值模拟方法,对脊状结构在平板表面和G4-73型离心风机翼型叶片表面的减阻特性进行了研究,并依据脊状结构在平板表面的减阻数据的分析及优化结果,对脊状结构在离心风机翼型叶片表面的减阻特性进行了分析及其优化研究。研究结果表明,脊状结构在平板表面是可以达到较好的减阻效果的,其中“h=s=0.1mm、d=0”的脊状结构减阻效果最为明显,最大减阻率可达3.02%,对应黏性减阻率可达40.53%。相比于光滑表面,脊状表面增加了压差阻力,减小了黏性阻力。压差阻力随脊状结构间隔尺寸的增加而减小,黏性阻力随间隔尺寸的增加而增大。在平板表面的脊状结构沟槽内,形成了稳定的二次涡,这些涡起到了类似“滚动轴承”的作用,减小了阻力。脊状表面的涡量、湍动能和湍流强度、壁面剪切应力以及压损都低于光滑表面,定性地反映了其具有的减阻效果。小尺寸的脊状结构的减阻效果较好,减小间隔尺寸可以明显地减小壁面剪切应力,同时增加了涡的数量,对应的黏性减阻效果也增强。脊状结构在翼型叶片表面也达到了较好的减阻效果,其作用机理与平板表面类似。其中最大减阻率在脊状结构尺寸为h=s=d=0.1mm时取得,可达9.65%,对应黏性减阻率可达30.84%,但是当其间隔尺寸d=0时,有更好的普适性。此外,h=s=0.2mm的脊状结构也具有较好的减阻效果。翼型模型的减阻数据以及各项湍流参数均表明,其在翼型表面能够取得更好的减阻效果。本文研究结果可为工程实际中工作机械表面的优化改型及性能改善提供参考依据。

关键词：脊状结构减阻特性翼型叶片数值模拟优化研究

基于翼型叶片前向多翼离心通风机内部流动特性及噪声分析

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基于翼型叶片前向多翼离心通风机内部流动特性及噪声分析

作者：倪少松浙江理工大学

学位级别：硕士

前向多翼离心风机因其尺寸小,噪声低等特点被广泛应用在办公环境和家居生活的空调系统中。为满足环保和能耗要求,离心风机需要向高性能、低噪声方向发展。多翼离心风机内部空气流动规律相对复杂,而其与风机的气动性能和声学性能有关。... 详细信息

前向多翼离心风机因其尺寸小,噪声低等特点被广泛应用在办公环境和家居生活的空调系统中。为满足环保和能耗要求,离心风机需要向高性能、低噪声方向发展。多翼离心风机内部空气流动规律相对复杂,而其与风机的气动性能和声学性能有关。本文开展基于翼型叶片的多翼离心风机内部流动的数值模拟和实验研究,主要分析变半径蜗舌对风机内部流动规律、整机气动性能和声学性能的影响。（1）基于翼型叶片多翼离心风机的稳态数值模拟和实验测试结果,验证了稳态数值模拟的可行性。对三个不同排列的变半径蜗舌风机模型Model-A、Model-B和Model-C进行稳态数值模拟,对额定流量工况下离心风机内部的三个不同径向截面上的速度场、压力场、涡量分布和流场中的涡核分布等流动参数进行分析。结果表明,变半径蜗舌改善了离心风机内部流动的速度场和压力场的不均匀度,降低了大涡量区域范围,减小了蜗舌附近的涡核的大小。（2）对四个离心风机模型进行瞬态数值模拟,研究离心风机内部流动的压力场,速度场和涡核分布等流动参数随时间的演化规律。结果显示,变半径蜗舌风机的速度场和压力场分布不均匀度得到改善,主要集中在风机后盘附近,同时蜗舌附近的涡核明显减小。基于数值仿真结果,对原型风机和Model-B进行实验测量,结果表明Model-B在额定流量和大流量的工况下气动性能有明显提高。（3）基于瞬态数值模拟结果,结合Fluent中的声类比积分模块对四个风机模型进行噪声计算。数值模拟结果显示,Model-B的降噪效果最为明显。对原型风机和Model-B进行噪声实验测量,结果表明Model-B在全部测试工况下的噪声声压级都有减小,在不同流量工况下,频谱图中基频所对应的声压级的最大值减小,在1/3 octave band频谱图中的幅值最大值减小。

关键词：前向多翼离心通风机翼型叶片数值模拟变蜗舌半径气动性能气动噪声

基于格子Boltzmann方法的海流能水轮机翼型叶片水动力特性研究

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基于格子Boltzmann方法的海流能水轮机翼型叶片水动力特性研究

作者：徐超中国海洋大学

学位级别：硕士

各种形式的水轮机从形式上看各不相同,换能效果也不相同。翼型叶片水动力特性分析是水轮机参数优化的工作基础。通过水轮机转子翼型叶片水动力学研究,设计好的转子形式,对其参数进行优化,对于提高水轮机的换能效率有重要意义,但由于目... 详细信息

各种形式的水轮机从形式上看各不相同,换能效果也不相同。翼型叶片水动力特性分析是水轮机参数优化的工作基础。通过水轮机转子翼型叶片水动力学研究,设计好的转子形式,对其参数进行优化,对于提高水轮机的换能效率有重要意义,但由于目前海流能发电装置研究大多处于试验研究阶段,还不成熟,所以对于海流能发电水轮机转子的翼型叶片水动力学研究并不深入。格子Boltzmann方法是近年逐渐发展完善的复杂流体系统建模和模拟的介观方法,具有算法简单、精度高、压力可以直接求解、能够模拟具有复杂边界条件的问题以及适合于并行计算等优点。格子Boltzmann方法自从提出后引起了国际上许多学者的关注,理论不断成熟,经过二三十年的发展,已经提出了多种模型,并且已经在很多流体力学应用领域取得了很大的成功,成为流体动力学问题仿真模拟的一类重要的方法。本文将格子Boltzmann方法应用于海流能发电水轮机翼型叶片水动力特性的研究中,通过数值模拟和对比分析,验证了格子Boltzmann方法在该领域应用研究的可行性;对不同攻角、不同翼型叶片、不同雷诺数等条件下的翼型绕流流场进行了模拟,处理计算数据并绘制了相应流线图和水动力特性曲线,通过对比归纳出不同翼型参数和外界条件下翼型水动力特性的变化趋势,提出了种优化翼型水动力特性的基本实现方法,为海流能发电水轮机翼型叶片的优化提供了思路;针对格子Boltzmann方法在海流能发电水轮机翼型叶片的应用开发了一个翼型分析的实时计算软件,程序经过优化运算效率较高,可以作为水轮机翼型叶片的模拟分析工具;另外采用格子Boltzmann方法研究了导流罩对提高翼型水轮机转子发电效率的影响,通过对分析比,总结不同轮廓、外形尺寸和安装间距等对导流罩增速效果的影响规律,提出了一种提高导流罩增速效果的措施,为提高翼型水轮机转子的效率提供了理论依据;同时推导了格子Boltzmann方法在单位转换方面的理论知识,通过无量纲变换得到了单位转换的公式,为后续的相关研究工作奠定了基础,提供了部分有价值的参考和指导资料,为格子Boltzmann方法的完善和拓展进行了有益的探索。

关键词：格子Boltzmann方法翼型叶片水轮机水动力分析数值模拟

轴流通风机翼型叶片厚度对风机性能的影响分析

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机械管理开发 2023年第9期38卷 48-49,52页

作者：胡艳晋能控股煤业集团四台矿通风区山西大同037003

翼型叶片的厚度对轴流通风机的性能具有重要的影响作用,依据叶片的厚度分布函数,选取四种不同相对厚度的翼型叶片进行离散元建模分析。结果表明,在通风机的额定流量以下工作时,以12%厚度的叶片通风机性能较好;在额定流量以上工作时,以6... 详细信息

翼型叶片的厚度对轴流通风机的性能具有重要的影响作用,依据叶片的厚度分布函数,选取四种不同相对厚度的翼型叶片进行离散元建模分析。结果表明,在通风机的额定流量以下工作时,以12%厚度的叶片通风机性能较好;在额定流量以上工作时,以6%厚度的叶片通风机性能较好。

关键词：轴流通风机翼型叶片相对厚度全压全压效率

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翼型前缘宏观点阵结构气动噪声控制方法

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：沈淳李壮孟晋孙潇伟张成春陈正武梁东汽车工程学院吉林大学工程仿生教育部重点实验室吉林大学中国空气动力学研究开发中心空气动力噪声控制重点实验室中国航空发动机集团有限公司中国航空发动机研究院

本文在标准NACA0012翼型前缘设计了点阵列扰流结构，在来流攻角0°速度20m/s和30m/s的条件下，在声学风洞测试验证了凸点阵列具有明显降噪效果。与标准翼型相比，20m/s来流条件下点阵前缘翼型总声压级降噪量达3.6dB；30m/s来流条件下点... 详细信息

本文在标准NACA0012翼型前缘设计了点阵列扰流结构，在来流攻角0°速度20m/s和30m/s的条件下，在声学风洞测试验证了凸点阵列具有明显降噪效果。与标准翼型相比，20m/s来流条件下点阵前缘翼型总声压级降噪量达3.6dB；30m/s来流条件下点阵列翼型噪声频谱曲线各处均低于声学风洞背景噪声，而标准翼型总声压级与背景噪声相比高1.5dB，即在30m/s来流条件下，点阵列翼型总声压级降噪量至少为1.5dB。采用大涡模拟(Large Eddy Simulation ， LES)/FW-H(Ffowcs Williams Hawkings analysis)声学比拟混合预测方法，从翼型表面压力扰动源展向相干性角度阐释了前缘点阵列翼型降噪机制。针对30m/s来流条件下声学风洞测试结果无法完全反映点阵翼型真实降噪效果的问题，采用数值方法比较了20m/s和30m/s两种来流条件声压级频谱特征，发现点阵结构在两种速度下具有几乎相同的降噪效果。最终系统分析了前缘阵列结构高度和排数等参数对降噪效果的影响规律，为前缘阵列扰流结构工程参数化设计提供了支撑。

关键词：流动噪声控制翼型叶片混合预测气动噪声流动控制展向相干性

多叶风机匀加速叶道理论型线及叶型近似作图法

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风机技术 2004年第3期46卷 17-19页

作者：左文泉田新诚山东大学济南市250061

提出了多叶通风机匀加速叶道的定义 ,以及可形成匀加速叶道的叶片断面廓线的几何近似作图方法。同时提出了匀加速叶道的当量锥角 ,以及寻常叶道非匀加速区面积系数两个新概念。

关键词：多叶风机翼型叶片叶片安装角叶道收缩系数通风机

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离心风机仿生叶片的设计及流动特性研究

离心风机仿生叶片的设计及流动特性研究

作者：戎瑞华北电力大学

学位级别：硕士

风机是工业生产部门重要的辅助设备，广泛应用于火力发电、石油化工、炼铁、采矿等行业，其实际运行状况直接关系到工业生产能否安全生产和经济运行。当气流流过风机叶轮流道时，会由于粘性作用受到叶片表面摩擦阻力，产生流动损失，进... 详细信息

风机是工业生产部门重要的辅助设备，广泛应用于火力发电、石油化工、炼铁、采矿等行业，其实际运行状况直接关系到工业生产能否安全生产和经济运行。当气流流过风机叶轮流道时，会由于粘性作用受到叶片表面摩擦阻力，产生流动损失，进而引起风机全压的降低，影响风机性能。本文采用数值模拟方法，结合仿生学脊状减阻理论，对脊状结构在G4-73型离心风机叶片翼型表面的减阻特性进行了研究。结果表明：脊状结构在叶片表面具有较好的减阻效果，脊状结构宽度s=0.1mm时的减阻效果最好，最大减阻率为9.65%，在风机设计流量下减阻率为2.96%。脊状表面近壁区时均速度相比光滑表面明显增大，边界层近壁面的法向速度梯度降低，湍动能、湍流强度都明显低于光滑表面，验证了翼型表面脊状结构具有的减阻效果。当脊状结构相对位置为后段布置时，脊状表面会使粘性阻力随流速增大而大幅增加，总阻力也随之增大，减阻率降低，减阻效果下降甚至产生增阻现象。本文尝试通过建立离心风机三维单流道模型，研究脊状结构改型叶片在风机内部的减阻特性和对风机运行特性的影响。计算结果表明，在小流量工况下，脊状结构布置于压力面和吸力面时，脊状表面单流道模型全压均会高于相同工况下的光滑表面模型，最大增幅4.21%，间接反映叶片表面流动损失的减少，证明了脊状结构具有的减阻效果。并从速度场、剪切应力和湍流参数等多方面对计算结果进行了分析，从边界层分离、边界层法向速度梯度和二次涡等角度等解释了脊状结构在风机叶片表面的减阻机理。文中所得研究结果可为工程实际中风机的优化改型及性能改善提供参考依据。

关键词：离心风机翼型叶片脊状结构减阻数值模拟

水电站变压器细水雾灭火喷嘴优化设计及试验研究

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水电站变压器细水雾灭火喷嘴优化设计及试验研究

作者：付宇帆西华大学

学位级别：硕士

随着水电的大力开发,水电站变压器的数量逐年增加,变压器故障易引发火灾。细水雾灭火技术在变压器消防灭火中对环境污染小,同时对防护对象破坏性小。因此,细水雾在水电站变压器灭火消防中具有重要作用。细水雾喷嘴是细水雾灭火系统中的... 详细信息

随着水电的大力开发,水电站变压器的数量逐年增加,变压器故障易引发火灾。细水雾灭火技术在变压器消防灭火中对环境污染小,同时对防护对象破坏性小。因此,细水雾在水电站变压器灭火消防中具有重要作用。细水雾喷嘴是细水雾灭火系统中的主要部件之一。但由于细水雾灭火喷嘴结构复杂,且喷嘴外部环境多变,使得喷嘴内外流场中流体流动极为复杂。然而,关于细水雾喷嘴设计、数值模拟及试验研究的相关文献依然不足。针对国内外研究现状的不足,本研究对不同结构的离心式细水雾灭火喷嘴的雾化性能展开研究。首先,对一系列离心式喷嘴进行试验测试,获取了不同结构喷嘴不同进口压力条件下的雾化特性,筛选出具有较好雾化性能的直叶片旋流式雾化喷嘴。其次,本研究对所筛选出的直叶片旋流式雾化喷嘴进行数值模拟,获得了喷嘴不同进口压力下内外流场的速度、压力分布特性。同时通过试验测试,获取了该喷嘴外部流场雾滴速度及粒径的变化规律。研究发现该喷嘴出口边壁有低压产生,该低压随着喷嘴进口压力的增大而迅速降低。喷嘴出口截面中心处轴向速度最小,该轴面的雾滴速度沿径向先增大后减小。同时,在雾滴轴向运动过程中,其速度亦先增大而后减小。最后,为进一步提升喷嘴的雾化性能,在直叶片旋流式喷嘴的基础上,对其叶片进行优化设计。将直叶片优化为翼型叶片,该翼型叶片能降低能量损耗,改善液体的流态,使液体绕流后具有更高的流速。该高速流体流出喷嘴与空气接触,经过相互作用后加速破碎,所形成的雾滴粒径迅速减小,较好地提升了喷嘴的雾化性能。同时,通过进一步对该翼型叶片喷嘴进行了数值模拟及试验研究,探讨了喷嘴内部流场变化及外部流场的雾化特性。结果发现在相同工况下,翼型叶片喷嘴比直叶片喷嘴流量大,且随着喷嘴进口压力的增加,外流场中雾滴的径向速度亦明显增大,雾滴粒径更小。因此,优化后的翼型叶片喷嘴具有更好的雾化性能。本研究为细水雾喷嘴的研发提供了可靠的参考,具有重要的学术意义及工程应用价值。

关键词：细水雾喷嘴旋流翼型叶片雾化特性