前缘弯掠风扇叶尖涡的数值分析与PIV实验

本文采用三维Navier-stokes方程、κ-ε两方程湍流模型和SIMPLE算法,对空调用前缘弯掠开式斜流风扇转子叶尖涡的三维流动特性进行了数值分析与PIV实验测量。结果表明:沿子午面流动的主气流与从叶顶外侧吸入的气流之间的卷吸作用导致在吸力面叶顶区域产生了叶尖涡。叶尖涡从25％叶顶弦长位置到50％弦长位置不断发展,同时沿吸力面向下游移动;叶尖涡随后逐渐向压力面移动;叶尖涡从75％叶顶弦长位置至转子下游逐渐耗散,沿着一条与叶轮旋向相反的斜线向转子下游发展,大致持续到转子下游65％叶顶弦长位置。计算结果和PIV的实测结果吻合,表明用 CFD工具可以预测流场,同时为前缘弯掠开式斜流转子在大型中央空调室外机上的应用和风机系统的优化设计及其降噪提供了重要的内流数据。     

开式轴流风扇气动噪声预测

本文采用LES/FW-H的匹配方法,研究了开式轴流风扇内部旋涡流动特征及其与叶片表面干涉引起的气动噪声之间的联系,同时进行了远场噪声预测,探讨了叶轮不同表面辐射噪声时的频谱分布特征.研究结果表明,开式轴流风扇吸力面附近形成的叶尖涡和前缘分离涡在吸力面叶片表面相应位置形成大压力波动,形成主要噪声源;叶片吸力面的辐射噪声可以通过改善吸力面附近的旋涡流动来降低;低速轴流叶轮由叶轮壁面辐射的噪声以宽频成分为主.     

弧形锯齿进口导流罩对轴流风扇性能的影响

本文应用LES/FW-H方法,研究了在导流罩入口采用弧形锯齿结构的半开式轴流风扇的气动声学性能。研究结果表明,采用弧形锯齿进口的周向非等宽导流罩可减小叶尖涡影响区域,降低叶尖涡强度。导流罩进口结构的变化对叶尖涡涡心轨迹有一定影响,弧形锯齿进口导流罩使得叶尖涡轨迹更远离轴心,随着弧形锯齿数目的增加,其叶尖涡轨迹越远离轴心。半开式轴流风扇的总噪声和导流罩的声辐射特性密切相关,采用弧形锯齿进口导流罩可降低风扇气动噪声,其中出口轴线方向可降低3 dB以上,且在一定范围内随着弧形锯齿数目的增加降噪程度越明显。     

前缘弯掠子午加速叶轮尾缘脱落涡的研究

本文采用DPIV实验研究方法,在不同转速工况下,对开式前缘弯掠子午加速风扇转子叶尖涡在叶轮尾缘的脱落流动现象进行了测量.结果表明:在不同转速下,转子尾缘处均存在明显的叶尖涡流动现象.该叶尖脱落涡流动现象具有相似性,随着转速的增大,叶尖涡区和吸力面之间的径向速度差增大,叶尖涡强度随转速增加而增强.随着转速的增大,叶尖涡和主流相互作用加剧,涡量负值增大,叶尖涡影响区域也逐渐扩大.径向速度梯度同样随转速增大而增大的结果,增强了叶尖涡对尾迹区作用的影响.最后,本文通过CFD对该开式风扇叶尖涡流动现象进行模拟,其结果给出了相似的叶尖涡在转子尾缘脱落流动现象,为前缘弯掠开式子午加速风扇在户室中央空调室外机上的应用和风机系统的优化设计及其降噪研究提供了重要的内流数据.     

空调器新型轴流风扇叶尖涡的研究

本文采用Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,对只在叶轮尾缘带有导流罩的低压轴流风扇进行了三维稳态内流模拟,详细分析了叶顶流场中叶尖涡的产生和发展轨迹。研究结果表明,叶尖涡在距叶尖前缘约1/4叶顶轴向弦长的吸力面附近形成,在叶轮出口附近消失,在切向约占3/4流道,近似形成一个涡环,阻塞主流.在回转面上,叶尖涡涡核先沿流线方向发展,在导流罩附近逐渐转为切向方向发展;在径向方向,叶尖涡先沿外径方向发展,在导流罩附近转向内径方向移动。空调室外机系统的不对称结构引起叶尖涡在叶轮旋转过程中的相对位移.流量的变化对叶尖涡的轴向位置影响较大,而对其径向位置的影响不明显;小流量时叶尖涡的轴向移动能力减弱,切向移动能力增强,消失位置向前缘方向移动.     

轴流风扇叶片端导叶作用的研究

本文采用数值方法研究了叶片端导叶对轴流风扇性能的影响。通过与普通开式轴流风扇比较,分析了叶片端导叶对内部流动作用的机理.数值计算结果表明:叶片端导叶的安装位置将影响轴流风扇气动效率,安装叶片端导叶不能提高风扇静压升,但是在压力面安装时能有效地减小风扇叶顶泄漏流与主流的掺混损失;在设计流量下,压力面安装叶片端导叶使泄漏涡的作用范围较小,涡核更靠近吸力面;吸力面安装叶片端导叶弱化了泄漏涡的强度但没有减小泄漏涡的作用范围。     

基于多部件耦合的空调器轴流风扇叶尖涡研究

本文采用三维Navier-Stokes方程、k-ε方程湍流模型和SIMPLE算法,对基于多部件耦合的空调器轴流风扇叶尖涡的三维流动特性进行了数值分析.结果表明:叶尖涡发生于叶顶吸力面附近距离叶顶弦长28%左右的位置,沿着与叶轮旋向相反的圆周方向,向相邻叶片的压力面发展,并且在距离叶片叶顶弦长45.5%的位置开始耗散,最...     

小翼对风力机叶尖涡运动轨迹的影响研究

本文利用三维PIV测速技术,在B1/K2直流式低速风洞开口段,对小翼对风力机叶尖涡三维运动轨迹的影响展开研究。实验发现,S型小翼对叶尖涡的打散程度大于V型小翼。加装小翼后,使得叶尖涡运动轨迹螺距减小,同时叶尖涡的径向运动距离增加,向外迁移的程度增加。在额定工况下,小翼影响的因素包括风力机功率系数、叶尖涡运动轨迹形态、叶尖涡的强弱,其中小翼对叶尖涡运动轨迹向外迁移的程度和螺距的减小程度占主导因素,小翼对叶尖涡打散程度占次要因素。     

S型叶尖小翼对风力机流场特性影响的研究

在额定尖速比下,结合滑移网格的大涡模拟方法,对有无叶尖S型小翼的三叶片水平轴风力机流场特性进行了数值研究,结果表明:加装S型小翼后,改善了风轮上游的速度及压力分布情况,汲取了更多的风能;风轮压力面及吸力面的最大压差由1359 Pa提高到1756 Pa,使风轮功率放大;叶尖涡结构扩展规律与PIV(Particle Image Velocimetry)实验结果一致,叶尖涡轴向速度由15.6 m/s降低到了13.3 m/s,涡漩能量减少,叶尖涡涡量强度减弱,降低了气动噪声。     

风力机尾迹速度场脉动特性的实验研究

利用高频PIV系统对风力机下游远至4.5倍风轮直径范围内的尾流数据进行了采集。首先通过脉动速度均方根云图分析,发现中心涡轨迹区域内粒子脉动轴向速度均方根大于叶尖涡轨迹区域,而叶尖涡轨迹区域内粒子脉动径向速度均方根大于中心涡区域;然后对比1、2、3、4倍风轮直径处所有径向位置的脉动合速度均方根,发现叶尖涡的耗散速度比中心涡要快,所以叶尖涡轨迹区域脉动合速度均方根比中心涡轨迹区域减小得快,同时发现了叶尖涡"交互跳跃"现象。     

Visualization of aerodynamic noise source around a rotating fan blade

The purpose of this study is to understand the aerodynamic noise source distribution around a rotating fan blade by measuring the noise signal and velocity field around the blade. The local noise-level distribution over the fan blade is measured by microphone arrays, and the flow field is visualized by smoke and phase-averaged PIV measurement. The noise source distribution is examined by cross-correlation analysis between noise signal and velocity fluctuation. It is found that the noise source is located near the rotating fan blade, especially around leading and trailing edges. The separation and reattachment of flow are observed near the leading edge, and the tip vortices and vortex shedding are found near the trailing edge. The cross-correlation distribution of the noise signal and the radial velocity fluctuation shows large magnitude in the correlated regions, which indicates the noise generation by the formation of vortex structure around the blade.     

轴流风机转子通道内尖区三维流场

1引言高性能叶轮机研制的困难在于对其内部尤其是转子内以三维旋涡流动、湍流和非定常流为特征的复杂流动缺乏深入的了解和预估。利用热丝热膜、压力探针测量转子通道内流场需要有复杂的旋转位移机构和信号传输系统，文献[1]、文献[2]等利用旋转探针技术获得了反映压气机转子内三维流动的很宝贵的实验数据。激光多普勒测速技术（LDV）以测量的非接触式和动态的本质，能在不干扰流场的情况下，在固定参考系测量旋转部件中的流动。自从LDV成功地用于测量压气机转子内的流动以来[3]，这项技术近年来有了长足的进步[4]。文献[5]用一台一维、…     

Visualization of tip vortex flow in an open axial fan by EFD

The behavior of tip vortex in an axial fan without casing wall (called open axial fan) was discussed and analyzed. The velocity measurement was performed by using two-components Laser Doppler Velocimetry (LDV) system. The detailed velocity and vorticity distribution inside blade passage and downstream of rotor were obtained. Thus the structure of tip vortex and its behavior were graphically visualized by experimental fluid dynamics (EFD). The tip vortex flow trace was indicated with the calculation of vorticity. As a result, it was found that tip vortex was generated at blade tip region near leading edge and it extended to downstream of blade exit with its core tending inward to hub direction. In addition, leading edge vortex was also found at the forepart of the experimental open fan.     

周向弯曲低压轴流风机叶顶泄漏流动数值研究

本文采用数值模拟的方法,对三种带有周向弯曲叶片的低压轴流通风机(原型叶轮、周向前弯及后弯叶轮)的叶顶泄漏流动进行了研究。在数值计算与试验测量结果较为吻合的条件下,从流场和压力场等不同角度分析探讨了叶片周向弯曲后,叶顶泄漏流动和泄漏涡的形成和发展规律。数值计算结果表明,叶顶周向前弯加剧了泄漏涡与主流的掺混;周向后弯叶轮比前弯叶轮有助于减弱叶顶泄漏流动;强度大、衰减慢的泄漏涡,降低了叶顶的通流能力,同时与主流的掺混加剧也增大了叶轮的端部损失;此外,顶部间隙高度的增加,泄漏流动加强,旋涡的起始点更靠近叶片后缘。     

轴流压气机时尖泄漏涡的时均流动

用三维激光多普勒测速系统测量研究低速大尺寸单级压气机设计状态转子内尖区流场．结果表明，泄漏流在气流一进入转子叶片通道就开始发生，发生于前半弦长，其诱导形成的泄漏涡约在30％弦长处达到最强，随后逐渐衰减，其涡核顺下游慢慢向压力面方向和低时高方向移动，涡核在转子出口移至通道中部．泄漏涡影响区域沿流向逐渐扩大，并向压力面方向和低叶高方向移动．设计状态叶尖泄漏涡在转子尖区流动中起主要作用，是造成尖部流动阻塞的主要因素．