叶片周向弯曲对小型轴流风扇静特性及内部流动特征的影响

对带有周向弯曲叶片的小型轴流风扇的内部流场进行三维数值模拟研究;对原型风扇的静特性进行实验研究验证数值模拟的可靠性;保持其他几何参数不变,沿周向对原型风扇前弯5°以及后弯5°,对设计工况下径向叶片以及周向弯曲叶片风扇的子午面内的流线图、不同叶高处风扇回转面内的静压分布以及叶片下游的速度场进行分析,研究周向弯曲角度对小型轴流风扇静特性及内部流场的影响。研究结果表明:前弯5°和后弯5°风扇的静压在设计工况点较原型风扇分别提高了8.84%、2.54%;相比于后弯5°风扇,前弯5°风扇可以有效地减少泄露流,降低泄露损失;与原型和后弯5°风扇相比,在叶片尾缘下游15mm处,前弯5°风扇的轴向速度有明显的提高。     

基于风扇叶型周向参数化的优化研究

选取直叶片叶型小型轴流风扇为研究对象,以静压为优化目标,优化方法为遗传算法和近似函数方法,优化计算得到性能更优的风扇模型,分析研究优化前后风扇静特性及流场的变化,利用风扇测试系统对优化前后风扇进行静特性实测,并与数值模拟结果进行对比。结果表明:优化后得到了不同参数化方法的优化模型A和B,分别为倾斜叶型和弯曲叶型,两模型的静压均较优化前提高了近20%,静特性和流场状况也均优于原始模型,实验数据和数值计算结果趋势相同且数值接近,达到了对周向参数优化以提高风扇性能的目的。     

叶片穿孔小型轴流风扇气动性能的研究

以小型轴流风扇为原型,对其叶片进行穿孔设计,采用k-ε两方程湍流模型和大涡模拟数值分析风扇的内部流场,对比分析原型风扇和叶片穿孔以后风扇的静特性和气动声学特性。结果显示:叶片穿孔后,在整个计算流量下,风扇的静压升稍有下降,但在最佳工况点时,风扇的静压升基本上和原型风扇相当;涡脱落位置更靠近叶顶;在出口区,涡流消失点向下游移动、涡量减弱,风扇的噪声整体减小,但在不同的频段噪声降低幅度不同,在35～45kHz频率范围内,噪声降低幅度最大。这些研究结果说明,在风扇最佳工况点下采用叶片穿孔方法来降低噪声的方法是可行的。     

某微型子午加速斜流风扇的设计及流动特性

为获得满足设计要求的微型风扇,基于响应面优化方法,采用CFX模拟平台,运用SST k-ω湍流模型对轴流风扇进行偏向小流量优化设计,得到合适的子午加速斜流风扇复合结构,并对该风扇的流动特性进行研究。结果表明:在设计流量处,该斜流风扇比原轴流风扇出口静压提高了9%,叶轮轴向长度缩短30%;该风扇出口静压曲线比较平滑,变流量性能好;高效率区域在设计流量附近;由于存在斜流和子午加速斜流的复合结构,叶片表面静压分布具有明显的前后分段情况。     

小型轴流风扇内部流动特性研究

为研究小型轴流风扇的三维流场特点,选取5叶片和7叶片的两种风扇,利用Fluent软件中的RNGk-ε湍流模型对其进行定常流动数值模拟,对比分析两种叶片风扇的静特性和内部流动特性。结果显示:流量在0.006～0.010 5 m3/s,压力的变化不明显,在这个范围之外,压力随着流量增加而减小;风扇的进口全压先降低后增加,在1/2弦长处全压出现突变性增加;在叶顶间隙内,叶顶静压值随着半径的增加而增加;叶片吸力面静压值、涡强、速度值均较小,气流进入叶片后,沿流道速度逐渐增加,吸力面叶顶产生叶尖涡,叶尖涡撞击邻近叶片的压力面对气动噪声影响很大。     

分流叶片周向位置对小型轴流风扇性能的影响

以五叶片的小型轴流风扇为原型,设计出3种不同周向位置分流叶片的模型,采用RNGk-ε湍流模型进行定常数值模拟,对比分析诸模型间的静特性、叶片表面静压分布和涡量分布,选出静特性最佳模型为最优模型对其进行非定常计算,研究其气动噪声性能。结果表明:小型轴流风扇中适当增加分流叶片可以提高静压系数和效率,3种带分流叶片模型叶片表面静压分布均匀,分流叶片可以抑制原型叶片尾缘涡脱落,分流叶片的最优的位置为流道中间,该最优模型前方100mm处的监测点的A计权声压级在各个频段均低于原型模型,功率谱密度峰值均出现基频处,且最优模型的峰值低于原型。研究结果可以为小型轴流风扇结构优化和降噪提供依据。     

分流叶片周向位置对小型轴流风扇性能的影响

以五叶片的小型轴流风扇为原型,设计出3种不同周向位置分流叶片的模型,采用RNG k-ε湍流模型进行定常数值模拟,对比分析诸模型间的静特性、叶片表面静压分布和涡量分布,选出静特性最佳模型为最优模型对其进行非定常计算,研究其气动噪声性能.结果表明:小型轴流风扇中适当增加分流叶片可以提高静压系数和效率,3种带分流叶片模型叶片表面静压分布均匀,分流叶片可以抑制原型叶片尾缘涡脱落,分流叶片的最优的位置为流道中间,该最优模型前方100 mm处的监测点的A计权声压级在各个频段均低于原型模型,功率谱密度峰值均出现基频处,且最优模型的峰值低于原型.研究结果可以为小型轴流风扇结构优化和降噪提供依据.     

小型风扇叶顶间隙内部流动数值模拟

通过对不同叶顶间隙小型风扇内部数值模拟,得出不同叶顶间隙小型风扇的静特性曲线、相同S面间隙涡流变化及叶顶到机闸内表面各回转面涡流变化.研究得出:当流量Q小于0.006 5 m3/s时,4个不同叶顶间隙的总压变化趋势一致,均随叶顶间隙的增加总压减小.流量增加时,叶顶间隙为2.5 mm时性能较好;在相同S面上,间隙涡流现象...     

小型轴流风扇支撑架的结构参数优化研究

以带支撑架的小型轴流风扇为研究对象,通过响应面法建立以支撑架数量、直径和倾斜角度为自变量,以风扇的静压升和噪声为因变量的响应面模型,分析支撑架数量、直径和倾斜角度对小型轴流风扇静特性、气动噪声和内部流场特性的影响,进行流场优化和性能分析,然后在小型风洞中完成了静特性实验验证。结果表明:针对研究对象,当支撑架数量为7、支撑架直径为6mm、支撑架逆旋转方向倾斜60°时,风扇的性能最优;实验数据与数值计算结果吻合较好,验证了数值模拟的正确性。     

叶片倾斜角度对小型轴流风扇静特性的影响

采用叶片周向倾斜设计法,改变一直叶片小型轴流风扇叶型,得到不同周向倾斜角的小型轴流风扇,并对其内部流场进行定常流动的数值模拟,分析直叶片、前倾斜叶片、后倾斜叶片等风扇叶型对气动性能的影响。模拟结果表明,采用叶片前缘倾斜设计可减弱附面层分离,改善风扇流动状况,从而达到提高风扇静压和效率的目的。     

基于改进型动量BP神经网络算法的风扇叶片性能优化研究

为探索叶片优化设计的新途径,获得具有更高气动性能的各类叶片,使用了一种改进型变学习率动量BP神经网络算法和非均匀有理B样条函数法相结合的方法,对某风扇压气机的第2级转子叶片特别是针对其根部基元级进行了气动优化改型设计;通过对转子叶片和整个风扇压气机优化设计前后气动性能的对比分析,表明该优化设计方法确实可行,能够改善转子叶片以及整个风扇压气机的气动性能,使整机的效率和压比分别增长了0.379 4%以及0.225 4%,达到了优化的目的。     

基于参数化建模的动调轴流风机后导叶DOE优化

基于AutoBlade平台对R+S级动调轴流风机进行参数化,以后导叶出口气流角及弦长为优化变量,总效率和静压压比为优化目标,完成了气动设计后的R+S级动调轴流风机的三维DOE优化.原有的气动设计时的DOE优化方法,将轴流风机数值最优化方法与正问题流场计算相结合的DOE优化方法,能够实现多变量组合优化设计,实现二次流损失的有效控制.优化目标全压效率和静压压升分别提高了1.97％和0.056,并得到优化后的最优叶型.     

汽轮机静叶栅二次流损失的数值研究

基于有限元有限体积法和全隐式多网格耦合算法,对某汽轮机高压级有一定扭曲度的静叶栅流场进行了三维稳态数值模拟,分析计算了叶栅通道内上下端壁二次流发展的特点及叶栅的气动特性。计算结果表明,叶栅端壁二次流损失与叶型型面及上下端壁面的汽流情况有密切关系。同时揭示了叶栅通道内的涡系演变特点,发现在流道尾部二次流强度发展迅速,在靠近背弧上下端部附近形成两个明显漩涡区,进而引起总压损失系数和出口汽流角沿叶高方向产生明显变化,这对存在一定扭曲度叶栅的气动特性研究及设计有一定的指导意义。     

基于典型鸟类翅膀特征的小型轴流风机叶片仿生设计与试验

基于提取的雀鹰、长耳鸮翅膀的表面特征对小型轴流风机的叶片进行仿生优化,以求提高风机的气动性能。设计出8种仿生风机模型,通过CFD计算选出最优的仿生风机模型进行性能试验验证,并与原型风机进行了对比。对比试验流量-静压曲线发现,仿生风机气动性能明显好于原型风机,最大质量流量提高了6.1%,最大静压提高了7.0%,并发现V型截面好于圆弧型截面。本研究为叶片仿生参数的进一步优化提供了前期基础。     

轴流风机叶片表面层流边界层解

在全三元流动计算获得了叶片表面速度分布的基础上，对一台０．８０ｍ直径的轴流式通风机进行了叶片表面层流边界层求解．首先用积分方法导出了适用于计算机解的层流边界层微分方程，然后进行了计算并获得了所有层流段边界层的物理参数．该项研究成果为边界层的控制和叶片优化，以及风机损失计算和效率的提高提供了依据．     

通气孔对动叶冷却结构流动和换热特性的影响

为深入研究某型燃气轮高温旋转动叶片内部先进的复合冷却结构,采用三维气热耦合数值计算方法,模拟该叶片外部高温流场、内部前后冷却腔内蛇形折流通道复合冷却结构的流动性能与换热特性,研究前腔蛇形折流冷却通道在采用局部通气孔改进设计的条件下对整个旋转叶片外表面冷却效果与内部冷却通道流阻系数的改善程度。计算结果表明:在给定的冷气流量条件下,无通气孔设计时,叶片内部蛇形折流通道采用的气膜/冲击/扰流复合冷却结构能够对叶片整体带来较好的换热效果,并且叶片内、外表面温度分布都处于合理范围,但由于整个内部折流冷却通道流动阻力较高,导致对冷却气源供应压力要求过大,且前后冷却腔室进口设计压力差别较大;在内冷前腔局部位置设计冷气通孔结构,可有效降低前腔折流通道的流动阻力,在保证叶片换热效果没有受到明显影响的前提下,实现了所需冷气供应压力和冷气量同时显著下降,多腔冷却气体用量得到更好匹配。该改型设计提高了原型叶片的工程应用价值。     

A comparative analysis of 3D flow fields between straight and bowed blades in a steam turbine

A commercial Navier-Stokes flow solver has been employed for simulating steady subsonic flow characteristics and analyzing the comparative features of flow fields between straight and bowed blades applied to the stator of a high pressure steam turbine, For comparison, we have studied the effeets of bowed blades on the wakes of stator trailing edge and horse shoe vortex in the rotor. It was found that the position of wakes for bowed blades is shifted toward the blade suction side. Also, we have discussed and compared the entropy generation and energy loss caused by dissipation mechanism within the boundary layers on the hub and shroud; and temperature gradient in lneridional plane.