小間隙出風(fēng)無葉風(fēng)機

本文提出了帶收縮型出風(fēng)內(nèi)表面的無葉風(fēng)機的設(shè)計思路,并依此為依據(jù)進(jìn)一步設(shè)計了兩款無葉風(fēng)機,對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下無葉風(fēng)機的流場特性進(jìn)行研究分析,為新型無葉風(fēng)機設(shè)計提供了參考;同時釆用數(shù)值模擬的方法對不同葉片分布形式下風(fēng)機性能和氣動聲學(xué)特性進(jìn)行研究,得到葉片分布方式對風(fēng)機性能和噪聲級的影響規(guī)律,為非等距葉片微型風(fēng)機的設(shè)計提供參考,本文的主要工作和結(jié)論如下:

(1)設(shè)計了一種帶有收縮型出風(fēng)內(nèi)表面、小間隙出風(fēng)的無葉風(fēng)機,發(fā)現(xiàn)收縮型內(nèi)表面可以產(chǎn)生明顯的科恩達(dá)效應(yīng),同時研究了無葉風(fēng)機收縮角和進(jìn)口速度環(huán)量對無葉風(fēng)機性能的影響,為小間隙無葉風(fēng)機設(shè)計和風(fēng)機設(shè)計提供了參考;

(2)用數(shù)值模擬的方法研究葉片分布方式對無葉風(fēng)機用微型風(fēng)機氣動性能和聲學(xué)性能的影響,研究表明葉片可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)選擇分布方式而不會使風(fēng)機的氣動性能惡化;但為了降低風(fēng)機出口壓力脈動幅值,葉片不均勻度要控制在一定范圍內(nèi),葉片不均勻度的增加,將會導(dǎo)致低頻脈動幅值的顯著增加;葉片不等距布置可以降低葉片通過頻率處的聲值,將基頻的聲能分布到較寬的頻帶范圍內(nèi);葉片分布不均勻度小,對基頻噪聲降低效果不明顯,不均勻度過大,會導(dǎo)致低頻噪聲聲壓級的大幅增加,不均勻度存在一個最優(yōu)區(qū)間。對于該徽型風(fēng)機建議A值控制在0.1到0.2之間;

(3)兩級葉輪設(shè)置可以在保證性能和效率的前提下,降低葉輪轉(zhuǎn)速,達(dá)到降噪效果,與相同性能下的模型風(fēng)機相比,數(shù)值模擬結(jié)果顯示風(fēng)機出口聲壓級降低了 6.5dB,實驗驗證聲壓級降低5dB;

(4)設(shè)計了一款帶有收縮型內(nèi)表面、大間隙出風(fēng)的無葉風(fēng)機,研究發(fā)現(xiàn)在大間隙出風(fēng)時無葉風(fēng)機無法形成穩(wěn)定的射流現(xiàn)象,通過對無葉風(fēng)機出口設(shè)置格柵,可以增加射流的穩(wěn)性,保證出風(fēng)均勻;

(5)無葉風(fēng)機內(nèi)表面收縮角對風(fēng)向的影響較大:收縮角小于20°時,無葉風(fēng)機上側(cè)出風(fēng)強,風(fēng)向偏上;收縮角大于20°時無葉風(fēng)機下側(cè)出風(fēng)強,風(fēng)向偏下;收縮角等于20。時,無葉風(fēng)機上下出風(fēng)對稱,風(fēng)向正中;

(6)由于無葉風(fēng)機出口間隙增大,所需全壓降低,因此設(shè)計的大流量風(fēng)機轉(zhuǎn)速大幅降低,與模型風(fēng)機相比,數(shù)值模擬結(jié)果顯示大流量風(fēng)機出口聲壓級降低了 4.3 dB。

6.2主要創(chuàng)新點

1.設(shè)計了一種帶有收縮型出風(fēng)內(nèi)表面的無葉風(fēng)機結(jié)構(gòu),給出了間隙、收縮角和進(jìn)口速度環(huán)量對出風(fēng)性能的影響,為無葉風(fēng)機的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù),實驗驗證新型無葉風(fēng)機性能較傳統(tǒng)無葉風(fēng)機性能有了明顯提高。

2.設(shè)計了 一款低速兩級風(fēng)機用以取代高速旋轉(zhuǎn)的單級風(fēng)機,實現(xiàn)了兩級微型風(fēng)機與小間隙出風(fēng)無葉風(fēng)機的良好配合,單片機解密使得該無葉風(fēng)機的噪聲明顯下降。

6.3展望

由于研究時間較短、專業(yè)知識水平有限,對無葉風(fēng)機的研究尚有很多未盡和不足之處,下一步的工作仍需進(jìn)一步展開:

1.本文僅獨立研究了出風(fēng)口處內(nèi)表面與軸線的夾角、出風(fēng)口間隙對無葉風(fēng)扇性能的影響,對于其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究還有待深入研究。因為無葉風(fēng)機出風(fēng)口速度對無葉風(fēng)機性能影響較大,其與無葉風(fēng)機出風(fēng)口處的間隙、直徑、角度緊密相關(guān),因此還需要對出風(fēng)口處幾何參數(shù)進(jìn)行綜合研究,找出間隙、直徑、夾角的協(xié)調(diào)關(guān)系;

2.為降低噪音,無葉風(fēng)機內(nèi)置微型風(fēng)機葉輪使用非均勻布置葉片。文中對風(fēng)機的研究僅限于額定工況,因此與轉(zhuǎn)速相關(guān)的壓力脈動和聲壓級比較明顯,但在小流量和大流量下,非均勻葉片對風(fēng)機性能、出口壓力脈動和噪聲的影響還不清楚,有待進(jìn)一步深入研究;

3.本文風(fēng)機降噪主要是利用非均勻葉片布置,下一步的研究可以考慮更多降噪結(jié)構(gòu)形式,比如葉片穿孔可以降低風(fēng)機渦流噪聲。