國內外研究風機現狀及發展趨勢（1）
作者：石家莊風機 日期：2014-10-17 瀏覽：972
軸流風機的主要結構參數有葉輪直徑、輪轂直徑、葉柵銅度、葉輪葉片數目、葉弦長度等。目前,國內外學者對軸流風機的研究主要集中在葉片形狀、噪聲等方面,大家所釆用的研究工具主要有兩種:實驗和數值模擬計算。依據國家標準GB1236-1985搭建了風機氣動-聲學性能測試試驗臺,利用五孔球形氣動探針測量風機出口氣流參數沿葉片高度方向的分布,并用此試驗合對葉片周向彎曲、周向彎曲角對軸流式通風機氣動-聲學性能的影響開了研究【18】。F.Baki「依據標準ISO-5801分別搭建了自由出口風機性能試驗臺和管道出口風機性能試驗臺,并以此為基礎研究了葉片厚度對汽車發動機冷卻系統用軸流風機的整體性能的影響,比較了厚葉片和薄葉片軸流風機的整體氣動性能、壓力、速度脈動,發現厚葉片風機的最髙效率有所降低,效率-流量系數曲線向小流量方向移動;厚葉片出口流域有較強的切線速度分量;厚葉片風機的壁面壓力脈動要更低[19l[2Q】。
T. Fukano利用與風機葉片一起旋轉的兩個熱線探針,測量低速軸流風機在設計工況和非設計工況下由葉頂間隙流而產生的噪聲,發現該類噪聲還有離散頻率的噪聲成分和寬帶噪聲成分,前者是因為周向速度的波動而產生的,后者是因葉片流道里的速度波動產生的;另外,為了描述禍流中的峰值頻率,作者提出了一種禍流中速度波動的螺旋模型。
相對于實驗的高成本、長周期,數值模擬計算價格低廉、實驗周期短,具有一定優勢,很多學者也傾向于用CFD ( Computational Fluid Dynamics)軟件FLUENT對風機進行三維模擬。天津大學的田鋮、楊東旭等利用商用CFD軟件FLUENT,對地鐵專用軸流風機一一對稱翼葉片軸流風機、彎掠組合翼型葉片軸流風機,在不同工況下的內部流場進行了數值模擬和分析,并將數值模擬計算出的風壓和風機效率與實驗所得數據進行了比較,結果基本吻合,從而驗證了數值模擬計算在風機性能優化中的可靠性[24][25】[26】。
CFD軟件不但可以相對準確地反映軸流通風機的整體氣動性能,而且也可以準確地反映風機的內部流場的細節特征,比如速度場、瑞動能場、壓力場等,通過這些細節特征就可以判斷軸流風機的結構是否合理,從而為結構優化提供依據。Hyoja等人利用FLUENT軟件中的雷諾應力模型,對前掠軸流風機在最高效率點處的葉端泄露進行了數值模擬,計算得到的結果與實驗測量數據的對比顯示模擬值相對可靠,這也在一定程度上說明了 CFD在反映風機流場細節特征上的可靠性。天津大學的賈捷對地鐵用軸流式通風機進行了 CFD模擬和研究,其數值模擬的軸流風機在不同工況下的風機性能結果與實驗結果基本吻合,在此基礎上又分別研究了在不同工況時風機的葉頂間隙、安裝角、葉片數對風機全壓和效率的影響]。
丄Hurault、S.Kouidri、F.Bakir、R.Rey等人同時從實驗和數值模擬兩個方面,研究了低壓、低馬赫數軸流風機葉片前掠和后掠,對軸流風機整體氣動性能和風機流域速度場的影響,其實驗部分的試驗臺是根據IS05801標準搭建,除能夠得到軸流風機的整體氣動性能外,還利用二維探針得到了三維流域的內部完整結構;其數值模擬部分采用Gambit2.4建模,利用Fluent6.3模擬計算,為精確得到因葉片而產生的端流項,其釆用了雷諾應力瑞流模型。為減小計算時間,其所建立的模型是八分之一模型,并采用周期性邊界條件。通過對比實驗和數值模擬結果發現,除了軸向速度分量和切向速度分量,禍輪機械還存在不可忽略的徑向速度分量;葉片的前掠和后掠對風機性能的影響,隨葉片幾何結構不同而不同,在其研究的葉片中,前掠增加了徑向速度分量,后掠減小了徑向速度風量,而徑向葉片具有最好的氣動性能和最高的效率[29]。
在風機產品的系列化設計中,國內風機行業大多按相似設計的方法,該方法設計的系列風機產品只能滿足風機市場的常規需要,難以適應市場的變化需求。在低風壓、大流量的空冷軸流通風機產品系列群開發設計中,吳秉禮和高延福提出了一種綜合相似設計、模化設和變型設計的現代設計方法一一漸進設計方法,用此設計方法可以將風機產品從系列化發展到系列群化。該設計方法過程為:首先根據風機氣動略圖,
