風機模型流場速度矢量分布分析

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由圖4．5可知，葉片的最大正壓力數值隨扭角的增大而增大；同時根據葉片表面的壓力分布情況，扭角為00的風機廠風機主要依靠葉片2產生正轉矩，扭角為900的風機廠風機的葉片1和葉片2均能產生正轉矩，而扭角為160。的風機廠風機的葉片1、葉片2和葉片3三個葉片均能產生正轉矩，因此扭角為160。的風機廠風機葉片的最大動轉矩絕對值高于扭角為0。和90。的最大動轉矩絕對值。因此在一定范圍內，葉片平均動轉矩系數隨扭角增大而增大。對比圖4．4(a)、(b)、(c)，扭角為90。的葉片在動轉矩為最大值和最小值時的葉片表面壓力云圖變化不大，而扭角為0。和160。
　　的葉片在動轉矩為最大值和最小值時的葉片表面壓力云圖變化較大，這在一定程度上解釋了扭角為900左右的風機廠風機葉片的動轉矩曲線震蕩幅度較小的試驗結果。綜上所述，葉片扭曲后由于形狀的變化，在葉片旋轉的不同時刻，產生正壓的葉片面積增大，而產生負壓的葉片面積減小，這使得葉片產生的平均動轉矩有所提升，而且在O。～160。的扭角區間，隨扭角增大，葉片形狀變化程度增大，平均動轉矩提升幅度增大；特別的，葉片扭角為90。左右時，由于葉片形狀變化到一定程度，使得葉片旋轉時，各個時刻的葉片迎風面狀態變化較小，因此葉片產生動轉矩的震蕩幅度較小。
　　4．1．6．2流場速度矢量分布分析
　　在Results模塊的CFD—Post中取Y值為0的XZ平面，即葉片豎直方向的中心面，顯示該面的速度矢量分布，如圖4-6所示，其中圖(f1)、(b)分別為直葉片和扭曲葉片的流場速度矢量分布圖。對比發現，由于扭曲葉片的形狀特征，空氣流向葉片表面時，其速度會產生一個豎直方向的分量，沿豎直方向來流是不受阻力的，對于此刻正產生負轉矩的葉片部分，這個分量極大的減小了葉片對于來流的阻力，使得葉片產生的負轉矩減小；而直葉片產生負轉矩的葉片部分則會承受較大的來流阻力，葉片產生的負轉矩相對較大。因此，扭曲葉片由于對來流速度在豎直方向的分流對于葉片負轉矩的產生起到一定的抑制作用。
　　(a) (b)圖4-6直葉片和扭曲葉片XOZ平面速度矢量分布圖圖4—7則描述了扭曲葉片在背風方向的速度矢量分布，由該圖可知，由于扭曲葉片的形狀特征導致風速在豎直方向上產生了分量，在葉片背風方向區域的空氣在豎直方向會有一定幾率產生渦流，渦流會降低該區域的壓強分布，從而在葉片表面形成一定的負壓區，如圖4—4(d)、(f)所示，負壓區的形成有利于增加該葉片所產生的正轉矩。綜上所述，扭曲葉片的形狀特征改變了葉片附近空氣速度矢量的分布狀況，導致風速在豎直方向產生分量，減小了產生負轉矩的葉片部分的阻力，使得其產生的負轉矩減小；同時在風機廠風機葉片背風面形成一定的負壓區，使得其產生的正轉矩增加，風機廠風機葉片的整體動轉矩輸出性能得到提升。
　　4．2基于多結構參數的正交試驗
　　在進行復雜問題的研究時，需要考慮各種參數對于所研究問題的影響，在進行研究時，需要進行合理的實驗設計，從而探究不同參數及其水平對于所研究問題的影響，獲得最優化的解決方案，這就是多參數的實驗問題。以往針對Savonius風機廠風機葉片的研究主要針對高徑比、重疊比等傳統結構參數進行單因素分析，并不能衡量各結構參數對于葉片性能影響程度的大小，不能全面有效的分析各參數對于風機廠風機葉片性能的影響方式。
　　上節對于SavoniUS風機廠風機的葉片扭角進行了單因素試驗，本節在單因素試驗所確定的60。～1200的扭角分布范圍的基礎上，將其他葉片結構參數考慮進來，采用正交試驗的方法，對影響Savonius風機廠風機葉片動轉矩輸出性能的各結構參數進行合理的試驗設計，研究各結構參數對于風機廠風機性能的影響方式和影響機理。