风机结构形式对其性能影响的数值与实验研究

　　航空动力学报文章编号1000风机结构形式对其性能影响杨春。李秋实，袁巍。陆亚钧北航空航天大学航空发动机气动热力，家重点实验屯，北京10083制而造成的几种不当结构影响风机整体性能的原因，以及风机中主要损失产生的位置。结果明，在风机原始设计过程中，应从整体优化的角度出发，预先考虑工厂中产品实际配装的几何结构形式，然后调整相关气动设计参数，从而要使气动设计与产品实际结构相匹配。

　　在风机行业中，多数风机厂家为了降低产品成本以及加工制造的方便，把风机的结构形式进行了大量的简化，以至于无暇考虑到风机的整体匹配。这样，把气动设计性能很好的叶片配装到实际产品上，往往无法得到令人满意的结果。产生这种怙况的原闪在厂迎常的轴流风机设计。转叶片大多是在均直来流条件下进行优化设计的，而进行加工简化后的攻机结构并+能满足设十时所要求的条件，使得风机叶片的气动设计与产品1降。本文将对风机厂试制的某实例风机进行数值模拟和实验研宄，通过对结果的分析，阐述该风收稿日期2004 0706；修订日期200426基金项目国家自然科学基金资助项目60175001联系人李秋实作葚筒介杨眚1明，男，辽宁辽513人，北京航空版大大学成与功力工迢丰院硕士生，5从奉流评械研宄。机内部流动某些细节。找出造成其整体性能下降风机提供了合理化建议。

　　1讣算域的选取网格的牛成及求解方法1.1这域的选取和网格的生成在计算域选取时，将进出口流道的区域延长，使之与实际结构形式相符合。计算网格应用附1软件所带的0；以投块生成，并巨针对风机的结构形式1采用讣，格阁2.

　　网格的总数为636498，每个区域网格的分布转子通道区流向父周向展向=12945父61；进口区流向周向展向=57父4561；后台阶区流向周向父展向=72父5333.

　　1.3绝热性能计算公式流量计算公式按速度在出口截面网格上的积分1p式中77为压比，户；为进口截面总压。

　　绝热等熵效率计算公式为进口截面总温，7=！。

　　2讣算分析2.1实例风机设计参数2.2进是否加整流巾巧和集流器对风机性能的影响在风机制造过程中为求加。1的方便和造价的低廉，忽视了对进口结构的设计与加工。为了说明整流帽罩和集流器对风机性能的影响。我们对以下两种结构进行了数值模拟，等直通道结构简称结构人3；在进口匹配钝头整流帽罩和1.2求解方法采用的控制方程为雷诺平均的5方程，揣流如型米用3.模型。空间尚散方法米用加，中心，分格式，时间离散方法米小圆弧半径集流器结构简称结构84.根据汁算结果，画两种结构的全压效率特性线5.从中可以定量的看到，结构6的效率在设计点比结构人下降了52个百分点，全压也有定的下降。这说明结构8中整流帽罩集流器的几何结构形式与原始气动设计的叶片互相不匹配，以至造成风机总体性能的下降。这也从计算的角度说明了风机进气结构对整体性能的影响，与阁4结构1；广午面2.3屯机和轮毂处由于径的不同出现后台阶对风机性能的影响首先，对比结构以在电机和轮毂处存在后台阶结构简称结构，和结构6的部流场1况喊计算的结果，画出设计工况子午面速度矢呈和流线67，以发现在电机和轮毂处由于后台阶的存在产生了很大的分离旋渴，并且随着旋涡的扩大和脱落堵塞了大面积的流道，以至于在局部区域出现流动的滞止区。出口流量出现脉动，以至全压效率大幅度下降。

　　马赫数等值线89也能说叫上述问矢量和流线其挟，做说料纪构；十根，流面相对，在命句十栅后嗔相对速度较高，心结时叶栅后部相对速设较低。说叫后台阶结构使得叶栅后部出现堵塞现象造成相对速度较低。

　　同时通过子午流面等熵云来对比下在结构3结构时能量损失的情况。从显的高熵值区，但结构，时流场熵值变化很不均勾，而且台阶后熵值明显增高。说明结构，芰克，失比结构1；大得多。以至效率和全丘的降低。这说明风机在出口处的几何结构是不合理的，由于它，结构12结构人，8，0计算所得特性线对比后，可以从效率和全压特性线12上作出定景的分析。可以出，在设计点结构比结构人效率只下降了5.2个百分点，在结构时效率又下降了20.4个百分点。可以得出风机在电机和轮毂处存在的后台阶是导致风机整体性能下降3实验分析拟据数值分析的结果，对实例风机进仃结构形式的改进。考虑到风机改造的方便忭以及性价比要求。只针对影响风机性能的主要原因进行改进，在电机外加上套茼消除屯机和轮毂处存在的后台阶结构。其他结构形式保持与样机致，之后进行实验验证。

　　3.1出气实验装聊2.3.试验装笪置实验风筒，采用皮托管测量风机出口平均动压值，通过调节节流堵锥相对风筒出口的距离来调节风量。

　　2.3.2性能计算公式通过测量动压计算流量风机的全压为风机的全1效率为输入功率。

　　2.3.3结果分析变化感应为明显。实验风机的叶尖间隙由亍制造精度限制，实际达到了31以上，因此在小流量区域性能下降十分明显。

　　实验结果根据实验结果与计算结果绘出特性线对比14.从中可以分析衍出在设计点附近，实验结果与计算结果吻合较好，说明通过对样机的改进实例风机性能得到了提高。

　　通过实验也可以发现数值计算结果与实验结果在小流量的区域内存在差异。是由于数值特性线对比通过实验可以证明按照数值分析的结改进计聋对赞睫，守1祜5命1哭评姑塞；1油1 4结论通过对该实例风机的数值模拟和实验研究，可以得到以下结论由于实际风机在进口没有匹配结构合理下降。

　　针对结构形式匹配不合理的问，可以采取以下方案对工厂的制造做些改进首先尽量使风机的实际流道与设计流道相统，取消电机和轮毂处存在后台阶3，其次在风机进口匹配适当的集流器与整流帽罩，使得叶片进口基本达到幻直的来流条件1为了避免实际风机可能产生匹配不合理设计的角度出发，预先考虑到工厂中产品实际配装的几何形式，调整相关气动参数的设计分配规律，从而设计出适用于此类复杂结构形式的高性能风机叶片。

　　1李庆宜。通风机肘。北京机械工业出版社，1981.

　　2韩明会。低噪高效前倾叶片式低压轴流通风机设计制造和研制。北京北京航空航天大学，1989.

　　3张东威高性能地铁系列通风机研制及1.北京北京航空航天大学，2000.

　　4袁巍，陆亚钧李秋实。叶片机械内的分离旋涡流动。工