轴流风机关键特征参数变化的气动性能计算方法

通过对轴流风机基元级截面处的气动力分析,应用儒可夫斯基升力定理和动量定理,结合速度三角形和叶轮进出口截面间的气动参数间关系,建立了风机全压、流量、功率、全压效率与叶片平均相对速度、升力系数、叶片安装角、叶片数、叶片弦长间关系的数学模型。并考虑到叶栅翼型与孤立翼型间升力系数的差异,对叶栅翼型升力系数修正到相对应的孤立翼型升力系数。基于现有产品性能按本数学模型进一步建立了变安装、变叶片数和变叶片弦长后的风机性能参数关系式。计算实例结果表明,该计算方法能满足工程需要。     

落地扇风叶参数化气动优化设计研究

以某落地扇风叶为研究对象,建立风叶参数化模型,搭建多学科优化设计平台,以风扇风量和扭矩分别为目标开展单目标优化,优化设计变量为翼型安装角、翼型弦长、叶片弯度和叶片积叠线弯度及掠度。采用粒子群优化算法进行寻优,分别得到了不同指标下最优的扇叶配置,并确定了扇叶关键设计参数对扇叶气动性能的设计权重以及影响规律。对风量和扭矩影响最大的都是翼型安装角和弦长,随着翼型安装角和弦长的增大,风量增大,扭矩也增大。     

CZ-80高效轴流风机的设计和优化

近年来,市场上对高效节能风机的需求越来越大。本文对CZ-80船用风机进行了全面的设计和优化,重点对叶片、轮毂、导流器等关键部件分别进行了设计优化:基于变环量设计方法,采用NACA C4翼型作为基础翼型,针对叶轮轴向尺寸问题和叶片角度调整时叶根间隙问题,设计了球形凹陷轮毂;导流器采用后掠等弧变弦长导叶和锥形导流筒。设计了一款高效风机,采用C型和D型测试装置,分别测试了导流锥、叶尖间隙对风机效率的影响,并测得该优化风机的最高效率达85.6%。     

影响风力发电机翼型气动性能的因素研究

翼型气动性能的优劣影响着风力发电机的发电效率,研究影响叶片翼型气动性能的因素具有重要意义。本文采用数值方法计算了文献中NACA0012翼型在Re=10^6时的气动性能参数并与试验值比较,验证了数值方法的正确性。通过对相对厚度、相对弯度、雷诺数等影响翼型气动特性的参数进行研究,结果表明:相对厚度小的翼型在小攻角范围可以获得更好的气动性能;当攻角大于失速角12°后,相对厚度大的翼型的气动性能更佳。在0°~20°攻角范围内,相对弯度和雷诺数越大,翼型的气动性能越好。     

采用仿海鸥翼型叶片提升轴流风机气动性能的研究

为提升轴流风机的气动性能,受到具有良好滑行飞行性能的海鸥翅膀独特的翼型结构的启发,本文研究通过提取海鸥翅膀特定截面位置处的翼型结构应用于轴流风机的叶片设计中,考察了叶片仿生设计对空调器用轴流风机气动性能的影响。首先采用数值计算方法求解定常流动雷诺时均Navier-Stokes方程,对仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动性能及其内部流场进行分析,然后采用大涡模拟方法和FW-H声类比方法对轴流风机的气动噪声进行数值预测。结果表明：在相同的设计转速下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动效率提高了3.1%;在相同风量条件下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的噪声相比于原型风机降低了约1.0dB(A)。采用仿海鸥翼型叶片,风机叶片表面的静压分布均匀,叶片中段的压力脉动明显减少。同时,在风机进口轮毂处和叶顶区域,流动分离被抑制,叶片尾迹涡脱落引起的气流脉动和气流不均匀性相对减弱,这就有效提升了轴流风机的气动性能。     

翼型与弦长对直线翼垂直轴风力机起动性能影响的数值模拟

为了探究翼型与弦长对直线翼垂直轴风力机起动性能的影响，选择了NACA0018、NACA0026、S809以及S1046四种翼型，40mm、60mm和80mm三种叶片弦长进行研究，其中S809翼型采用正装和反装两种方式。对不同条件下风力机的静态力矩性能以及转速性能进行数值模拟研究。静态力矩性能研究表明，随着叶片弦长的增大，风力机平均静态力矩增大。通过对比不同翼型的结果发现：NACA0026翼型平均静态力矩系数最大且达到稳定时间最短，S809翼型起动性能最差且反装时平均静态力矩系数最小，SI046翼型稳定转速最高。转速性能研究表明，叶片弦长的增大会增大叶片的质量，进而增大转动惯量，使得风力机的起动性能降低。本研究将对直线翼垂直轴风力机的设计提供有益的参考。     

NACA00系列翼型的VAWT效能影响因素分析

采用滑移网格技术对不同参数下的小型垂直轴叶轮瞬态流场进行了数值计算,着重研究了不同安装角、翼型、叶片弦长、叶片数对叶轮功率的影响,得出不同转速下使叶轮获得最大功率的最佳翼型、叶片安装角、弦长和叶片数,并通过吹风实验验证了最佳叶片数和最佳弦长时的垂直轴风力机具有较优的气动性能。     

可逆风机用翼型气动特性分析与实验研究

可逆翼型气动性能的优劣对可逆风机性能好坏起着至关重要的作用。选取了形式不同的三种翼型,即对称翼型、S型翼型和常规非对称翼型,利用X-foil软件对上述三种翼型的气动性能进行数值计算。结果显示,在较大的攻角范围内,常规非对称翼型的升力特性和升阻比特性都明显优于另外两种翼型。为了比较三种翼型在可逆风机中的应用效果,通过调整设计参数使采用三种翼型设计的叶片具有相同的弦长和扭曲变化规律,然后在标准风管式出气试验台上进行了空气动力性能实验。研究表明:在选取的三种翼型中,采用对称翼型设计的可逆风机叶轮最为理想,其额定工况点的实验性能满足设计要求,且具有良好的反风性能,同时正、反风工况下都有较宽的高效工作范围。     

低雷诺数旋翼翼型设计及气动仿真

研究了低雷诺数下薄圆弧旋翼的翼型,考虑其对高气动性能、高结构强度和便于制造和轻量化的要求,提出一种具有上凸结构的薄圆弧翼型。通过在翼型上表面增加凸起结构,增加部分弦长的翼型厚度并安装加强筋来提高翼型延展向的结构强度;设计出了最大厚度为4.3%、圆弧均匀厚度为2.5%、最大弯度为5.5%和均匀弯度为4.5%的薄圆弧翼型。采用基于二维定常、不可压缩Navier-Stoke方程的数值仿真方法计算了该翼型在雷诺数为40,000~100,000,迎角为-4°~12°下的气动性能,并获得了该翼型上下表面的压力系数分布线和速度矢量图。采用该翼型制作了直径为40cm,质量为15g,桨距为15.7cm的碳纤维旋翼;在悬停状态下完成了它的升力和结构强度试验。实验结果显示其性能满足使用要求。目前,研制的旋翼已成功地应用于某型多旋翼飞行器。     

可逆地铁风机用翼型优化设计与验证

作为叶片设计的基本组成单元,可逆翼型的选取对整机性能的影响起着重要的作用。以性能较好的R18可逆翼型作为初始翼型,通过翼型优化方法得到一款优化翼型。利用Numeca软件对R18翼型构建的叶片进行气动性能计算并与标准风机试验台的数据进行比对,验证该数值方法的可靠性。在此基础上采用两种翼型构建两种叶片模型并用Numeca软件计算气动性能,以此对翼型优化的设计效果作出评价。研究结果表明：在设计攻角范围内,优化翼型的升阻力特性均高于R18翼型;且在设计工况范围内,优化翼型设计出的风机全压提升5.43%,效率提升0.905%。表明该翼型优化设计方法确能提高设计出的可逆地铁风机气动性能。     

基于Wilson理论和粒子群优化算法的风力发电机叶片参数优化

为了提高风力发电机叶片的气动性能,在Wilson理论优化叶片弦长和扭角的基础上,以风力发电机的年发电量为优化目标,以叶片的弦长、扭角和翼型布置位置为优化变量,通过粒子群优化算法对风力发电机机叶片的参数进行优化。通过叶片参数优化,风力发电机的年发电量增大了0.189GWh,增幅为6%,风能利用效率同时得到提高。     

Matlab优化工具在通用风力机翼型型线设计中的应用

基于Matlab软件中的优化算法和优化工具,针对风力机翼型通用型线集成表达式建立了优化数学模型.以风力机翼型的最大升阻比为优化设计目标函数,翼型形状控制方程的系数为设计变量,翼型的厚度和弯度为约束条件,设计得到了相对厚度为18%的风力机翼型,并对其性能进行了计算分析.研究结果拓宽了风力机叶片翼型的设计思路和设计方法.     

弦向掠叶片对动叶可调轴流风机性能影响模拟

叶片弦向弯掠技术是提升轴流风机气动性能的有效手段。针对带后置导叶的OB-84型单级动叶可调轴流风机,利用Ansys数值软件,对比叶片掠设计前后风机的性能曲线和内流特征,开展静力结构特性分析并进行了噪声预估,探究了前掠角度在不同动叶安装角下的影响。结果表明:设计安装角下,前掠叶片能有效提高叶轮做功能力和导叶扩压能力,减少泄漏损失,提升风机整体性能,在小流量侧和大流量侧效果更明显;设计流量下前掠8.3°性能最优,全压和效率分别提升2.1%和1.68%,但气动噪声有所增大;叶片掠向改型后虽变形增大,但仍满足材料强度要求;在变安装角下,前掠叶片风机性能均有所降低。设计安装角下所得最佳前掠角度适用于长期带基本负荷的轴流风机。     

典型风力机翼型的增升技术研究

风力机叶片吸力面出现流体分离现象会导致风力机功率输出减小。为提高风力机效率,研究翼型在六种不同缝宽、五种攻角、2°射流角条件下的气体流场。获取叶片开缝前后叶片流场、压强系数曲线并对其进行分析。结果表明:开缝后附面层发展得到控制和延缓,流场稳定性提高;在缝宽为0.01倍弦长时,其升力系数最高可达1.4127,相比原型叶片提高14.83%;缝宽在0.01~0.03倍弦长之间,增升效果最优。射流技术应用于风力机翼型,有利于改善叶片流场状况,起到增升作用。     

仿鸮翼叶片对轴流风机气动噪声特性的影响研究

基于逆向工程技术提取长耳鸮翅膀沿展向40%位置处的截面型线进行仿生翼型叶片重构,按照型线厚度分布规则应用于轴流风机叶片的改型设计中。由于轴流风机叶片的弯掠变化对风机气动性能有较大的影响,本文以原型风机的中弧线分布为依据,采用鸮翼的厚度分布进行轴流风机叶片的仿生设计。采用大涡模拟方法结合声类比FW-H方程的求解,对轴流风机的气动性能和噪声进行了数值模拟计算,并与原型风机性能进行比较,揭示了仿生叶片对轴流风机气动性能和噪声的影响。研究结果表明:仿生翼型既能保证轴流风机的气动性能,又能在一定程度上降低轴流风机的气动噪声。仿鸮翼叶片特殊的厚度分布有效降低了叶片表面的非定常压力作用和叶片表面的声压脉动强度。从获得的轴流风机的气动噪声频谱图可以看出:采用仿鸮翼叶片能够降低轴流风机中低频区域的宽频段噪声和离散噪声。     

新叶形对旋风机噪声特性研究

以C-4原始翼型为基础,设计正向对称双头尖和双头钝2种新叶形。计算研究3种叶形对旋风机正反风性能,设计工况噪声声压及其频谱特征。结果表明:3种叶形对旋风机正反风性能良好。双头钝叶形较原始翼型风机平均总声压值在进口降低2.2 dB,在出口降低4.27 dB;双头尖叶形声压值较原始翼型风机总声压略有增大。在两级叶轮叶片通过频率叠加频率附近区域,3种叶形噪声水平在整体频率范围内均最高,其中双头钝叶形噪声最低,声压值分别低于原始翼型和双头尖叶形约3,7 dB。     

钝尾缘翼型对5MW风力机性能影响的研究

目前国内外对钝尾缘翼型的研究主要集中于翼型的改进方式与二维气动性能的模拟,对钝尾缘翼型应用于风力机时对其性能影响的研究较少,然而钝尾缘翼型应用于风力机时由于旋转效应的存在叶素翼型之间会发生相互影响。为了更好的研究钝尾缘翼型,了解钝尾缘翼型对风力机性能的影响,对NREL 5MW风力机叶片内侧翼型进行对称钝尾缘修型,分析二维翼型气动性能,发现一定范围内,翼型的升力系数、升阻比均随尾缘厚度的增加而增大。对原风力机进翼型替换,模拟并对比两类风力机的性能,研究表明改型后风力机的输出扭矩高于原机,而且随风速增大改型风力机的优势变得越来越突出;然而在相同工况下,改型后风力机的轴向力也大于原机。     

相对厚度对DU系列翼型气动性能的影响

针对翼型的相对厚度对翼型气动性能影响,以相对厚度分别为21%、25%、30%、35%的DU21、DU25、DU30、DU40四种翼型作为研究对象,采用网格划分软件Gambit对翼型流场划分网格,采用Fluent14.0对翼型进行气动性能分析,研究了相对厚度对翼型气动特性的影响规律。研究表明,翼型的气动性能受翼型相对厚度的影响较大,翼型最大升阻比随翼型的相对厚度增大而减小,翼型的最大升力系数及失速攻角随相对厚度的增大而增大。研究结果对后续的风力机叶片的设计和叶片优化具有一定的参考价值和指导意义。     

风力机叶片阻尼材料抑颤特性分析研究

随着风力机叶片趋于长展型,对其自身抗弯抑颤性能的要求日渐提高。研究了阻尼材料添加在传统风机叶片后的颤振效果,引入翼型颤振及阻尼抑颤模型,用MATLAB/Simulink软件对风力机叶片阻尼抑颤模型进行仿真计算,得出添加阻尼层后风力机叶片的颤振位移和速度,结果表明添加了阻尼材料的风力机叶片抑颤性能有了明显的改善。     

风力机叶片翼型的气动特性研究

选取S818叶片翼型进行二维几何模型,采用适合翼型流动的Spalart-Allmaras湍流模型,对Base翼型和95%弦长处带Microtab的翼型进行数值模拟分析,得到在不同攻角下的升阻比、表面压力和速度矢量图。从流场计算结果看出95%弦长处带microtab的翼型在0°到12°攻角范围内气动性能有明显提高;带microtab的翼型改变了后驻点位置,使其出现在了microtab末端,增加了气动曲面环量,从而增加了翼型升力。