小間隙出風(fēng)無(wú)葉風(fēng)機(jī)

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

(1)設(shè)計(jì)了一種帶有收縮型出風(fēng)內(nèi)表面、小間隙出風(fēng)的無(wú)葉風(fēng)機(jī),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(shí)研究了無(wú)葉風(fēng)機(jī)收縮角和進(jìn)口速度環(huán)量對(duì)無(wú)葉風(fēng)機(jī)性能的影響,為小間隙無(wú)葉風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)提供了參考;

(2)用數(shù)值模擬的方法研究葉片分布方式對(duì)無(wú)葉風(fēng)機(jī)用微型風(fēng)機(jī)氣動(dòng)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(huì)使風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能惡化;但為了降低風(fēng)機(jī)出口壓力脈動(dòng)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(huì)導(dǎo)致低頻脈動(dòng)幅值的顯著增加;葉片不等距布置可以降低葉片通過(guò)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(duì)基頻噪聲降低效果不明顯,不均勻度過(guò)大,會(huì)導(dǎo)致低頻噪聲聲壓級(jí)的大幅增加,不均勻度存在一個(gè)最優(yōu)區(qū)間。對(duì)于該徽型風(fēng)機(jī)建議A值控制在0.1到0.2之間;

(3)兩級(jí)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(jī)相比,數(shù)值模擬結(jié)果顯示風(fēng)機(jī)出口聲壓級(jí)降低了 6.5dB,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證聲壓級(jí)降低5dB;

(4)設(shè)計(jì)了一款帶有收縮型內(nèi)表面、大間隙出風(fēng)的無(wú)葉風(fēng)機(jī),研究發(fā)現(xiàn)在大間隙出風(fēng)時(shí)無(wú)葉風(fēng)機(jī)無(wú)法形成穩(wěn)定的射流現(xiàn)象,通過(guò)對(duì)無(wú)葉風(fēng)機(jī)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(wú)葉風(fēng)機(jī)內(nèi)表面收縮角對(duì)風(fēng)向的影響較大:收縮角小于20°時(shí),無(wú)葉風(fēng)機(jī)上側(cè)出風(fēng)強(qiáng),風(fēng)向偏上;收縮角大于20°時(shí)無(wú)葉風(fēng)機(jī)下側(cè)出風(fēng)強(qiáng),風(fēng)向偏下;收縮角等于20。時(shí),無(wú)葉風(fēng)機(jī)上下出風(fēng)對(duì)稱,風(fēng)向正中;

(6)由于無(wú)葉風(fēng)機(jī)出口間隙增大,所需全壓降低,因此設(shè)計(jì)的大流量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速大幅降低,與模型風(fēng)機(jī)相比,數(shù)值模擬結(jié)果顯示大流量風(fēng)機(jī)出口聲壓級(jí)降低了 4.3 dB。

6.2主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

1.設(shè)計(jì)了一種帶有收縮型出風(fēng)內(nèi)表面的無(wú)葉風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu),給出了間隙、收縮角和進(jìn)口速度環(huán)量對(duì)出風(fēng)性能的影響,為無(wú)葉風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證新型無(wú)葉風(fēng)機(jī)性能較傳統(tǒng)無(wú)葉風(fēng)機(jī)性能有了明顯提高。

2.設(shè)計(jì)了 一款低速兩級(jí)風(fēng)機(jī)用以取代高速旋轉(zhuǎn)的單級(jí)風(fēng)機(jī),實(shí)現(xiàn)了兩級(jí)微型風(fēng)機(jī)與小間隙出風(fēng)無(wú)葉風(fēng)機(jī)的良好配合,單片機(jī)解密使得該無(wú)葉風(fēng)機(jī)的噪聲明顯下降。

6.3展望

由于研究時(shí)間較短、專業(yè)知識(shí)水平有限,對(duì)無(wú)葉風(fēng)機(jī)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(dú)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(duì)無(wú)葉風(fēng)扇性能的影響,對(duì)于其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究還有待深入研究。因?yàn)闊o(wú)葉風(fēng)機(jī)出風(fēng)口速度對(duì)無(wú)葉風(fēng)機(jī)性能影響較大,其與無(wú)葉風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處的間隙、直徑、角度緊密相關(guān),因此還需要對(duì)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(wú)葉風(fēng)機(jī)內(nèi)置微型風(fēng)機(jī)葉輪使用非均勻布置葉片。文中對(duì)風(fēng)機(jī)的研究?jī)H限于額定工況,因此與轉(zhuǎn)速相關(guān)的壓力脈動(dòng)和聲壓級(jí)比較明顯,但在小流量和大流量下,非均勻葉片對(duì)風(fēng)機(jī)性能、出口壓力脈動(dòng)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(jī)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(jī)渦流噪聲。