倾斜叶片对多翼离心风机性能影响的研究

本文应用大涡模拟及边界元法研究了倾斜叶片对多翼离心风机气动声学性能的影响。研究结果表明,相较于传统直叶片叶轮,倾斜叶片叶轮在出口角度不变时因叶片发生扭转,会略微降低风机流量。采用倾斜叶片,可以减小叶道中的流动分离区域,减弱流动分离程度。前盘侧间隙泄漏量随着前盘侧叶轮外径的减小而减少,倾斜叶片叶轮出口角度的变化对于泄漏量影响较大。倾斜叶片叶轮在前盘侧叶轮外径减小时,可以减少风机噪声。     

集流器偏心对多翼离心风机性能及噪声的影响研究

风机进口处的流动状态对其性能具有直接影响。本文对某多翼离心风机提出一种进口集流器偏心安装的方法,来控制其进口流动,使其性能获得提升、噪声降低。通过数值寻优与实验寻优的相互验证,对不同工况下集流器偏心安装前后的风机性能、噪声及内部流场展开分析,并最后得出了集流器的合理偏心位置。结果表明:当偏心角θ=120°且偏距比ε=0.016时,偏心方向对应叶道内的流动分离减弱,叶轮出口气流速度增大,同时叶轮前盘和集流器间隙间的流量泄漏也相应减小。在风机运行工况范围内,该风机的风量最大增加3.5%,全压效率最大提高3%,噪声降幅最大达1.2dB.     

基于分组模型及仿生蜗舌的多翼离心风机设计

为提高多翼离心风机的流动效率,提出一种适合于该类型风机特点的分组设计模型,并借助于流场计算与试验设计相结合的分析方法,依次对多翼离心风机的叶轮、蜗壳和蜗舌进行分组设计。结果表明:具有更多设计自由度的双圆弧叶片气动性能明显优于单圆弧叶片;在保证蜗壳结构尺寸不变的前提下,采用等边基方法设计的蜗壳性能略优于三段圆弧设计出的蜗壳;基于长耳翼型前缘的仿生蜗舌能够有效减弱分离流动现象;利用本文方法改进后的多翼离心风机设计效率提高了4.33%,变工况性能明显改善。研究工作对深刻认识多翼离心风机内部复杂流动机理及发展优化设计方法具有学术意义和工程应用价值。     

油烟机内多翼离心风机的响应面优化设计

为改善油烟机的气动性能,提高最大风量工况下的整机全压,对油烟机内多翼离心风机的叶轮进行响应面优化。通过与实验数据对比,验证了本文数值模型的可靠性。使用Box-Behnken实验设计方法对叶轮的进出口安装角和轮径比进行响应面优化,结果表明,叶轮的进出口安装角和轮径比对风机全压均有显著影响;将不考虑油烟机辅助部件的简化模型与整机模型分别进行响应面优化并进行对比分析,结果表明简化模型的优化结果在整机模型中存在不适应性。对最终优化机型在不同风量工况下进行气动性能和噪音的实验测试,实验结果表明,油烟机整机全压在最大风量工况下提高了18.89 Pa,且在整个工况范围内,气动性能均显著提高,A声压级噪声没有显著变化。     

多翼离心风机气动噪声的数值分析

多翼离心风机叶片短、流道窄,叶轮出口流速分布不均,引起叶轮与蜗壳干涉作用加剧。本文探讨流场与声场非定常耦合机理,根据声类比理论分析其偶极子声源产生的气动噪声。利用直接边界元声学求解方法建立以蜗壳为界的内外声学模型,分析蜗壳对声传播的散射作用,内部噪声通过蜗壳的进出口传播到风机外部。结果表明:从监测点声压级频谱及A计权声压级分布观察,声压级分布在低频段呈宽频分布,在基频与其倍频处出现波峰并呈逐渐衰减趋势,说明该多翼离心风机气动噪声受叶片周期性旋转压力脉动影响较大。对比噪声测试结果,相对误差为2%以内,分析计算与试验相符。     

基于敏感性分析降维的多翼离心风机叶轮优化设计

针对多翼离心风机内部流动分离严重、流动损失大及叶轮几何参数多等特点，本文以风机叶轮为对象，开展了几何参数化建模及基于敏感性分析降维，并在此基础上，通过建立包含拉丁超立方抽样法、支持向量回归(SVR)代理模型、混合自适应采样方法和遗传算法的高维高效优化方法，分别开展了效率单目标优化与效率–全压多目标优化设计。研究结果表明：对于风机效率，几何参数影响程度由大到小依次为叶轮内径、叶片出口角、叶轮外径、中盘位置、叶片进口角、叶片数、叶轮宽度、叶片厚度。单目标优化后风机最高效率点效率提高2.29%；多目标优化后效率提高1.91%，全压提升30.95 Pa。研究工作对于认识多翼离心风机内流机理、发展先进优化设计方法具有较重要的学术意义及工程应用价值。     

前置导叶对横流风机性能及气动噪声的影响

在横流风机叶轮前加前置导叶(IGV)可以改善横流风机的进口流场,减少叶片上的流动分离,进而降低横流风机的功率。采用非结构化网格RNGκ-ε两方程模型,分别对不加IGV、加IGV1,以及IGV2的横流风机内部流场进行数值模拟,并对三种情况进行气动性能及噪声试验。数值模拟和试验结果表明在加不同IGV以后,横流风机的噪声增大,但是功率在加IGV2后出现了一定的降低。     

半开式离心叶轮变工况间隙流动特征

针对叶顶间隙对半开式离心压缩机叶轮内部流场和气动性能的影响,采用数值方法研究了不同工况下叶轮流道及间隙处的流场规律,对比分析了小流量、设计和大流量三个运行下况下叶顶马赫数分布、叶顶载荷与间隙泄漏量、间隙泄漏涡特征的变化,以及叶顶间隙随进口流量变化对叶轮气动性能的影响,得出间隙涡流在通道中下游与主流相互掺混是引起半开式叶轮能量损失的主要原因。     

横流风机轴向交错叶轮的噪声研究

本文研究了横流风机轴向交错叶轮的气动及噪声特性。首先进行了横流风机的气动性能实验并开展数值解析。用数值解析得到的固壁表面脉动压力进行噪声预测,噪声预测模型采用Farassat 1A方程。在预测过程中对叶轮交错角做出假设,转化成各节叶轮流场的时间延迟,并考虑了风机轴向长度带来的影响。计算结果给出了单一叶片周向旋转噪声辐射的分布情况,分析了噪声源的位置和机理。预测的远场声压从时域和频域与相应的五种具有不同轴向交错角度叶轮的实验结果相验证,揭示了风机的叶片通过频率噪声随叶轮交错角度的变化规律。     

集流器偏心对前弯离心风机气动性能影响分析

前弯离心风机叶片长、弯度大,蜗壳非对称性加剧其与叶轮干涉作用。为研究流动非对称性对前弯离心风机气动性能影响,本文对某前弯离心风机进行集流器偏心安装,采用数值模拟对风机三维不可压缩流场进行求解,预测不同安装角及偏心距下的离心风机性能。通过观察分离流动与气流角分布情况,给出偏心角、偏心距改变对叶片入口流动分离影响细节。结果显示当偏心距L=3 mm,偏心角θ=120℃时分离现象明显减少,分离干涉得到改善,结合试验对偏心方案进行可行性验证,采用该分析方法可为预测非对称入流条件下的离心风机内部流动特征提供一种途径。     

多翼离心风机的气动噪声预测

针对目前不同型号的多翼离心风机采用降噪方法的不确定性,提出了一种基于非定常流场的多翼离心风机气动噪声分析方法,不需要直接求解声场却能为多翼离心风机降噪提供有用信息.对风机内部非定常流场进行计算,结合时域和频域方法对流场内静压脉动的强度和频率进行分析,根据声学基本理论,判定主要气动噪声源的位置及噪声类型.用该方法对某多翼离心风机进行计算,实验与理论分析的结果吻合良好.     

前缘加微小平板对压气机叶栅气动性能的影响

随着叶轮机械技术的发展,抑制叶栅内流动分离的研究已成为叶轮机械气体动力学的一个重要方向。本文在叶栅翼型NACA 64-A905前缘附近加装微小平板来抑制叶栅流动分离,在不同进口马赫数条件下研究了微小平板长度及安装位置对压气机叶栅气动性能的影响。结果表明:叶栅气动性能对微小平板长度和位置变化十分敏感,在叶栅翼型前缘点吸力面正上方合适位置处加装长度为3%～6%弦长的小平板后,可以有效抑制流动分离,失速工况下叶栅气动性能得到显著提高,总压损失系数最大可降低43.5%;当Ma大于0.6时,流动控制效果减弱,叶栅总压损失系数增大。     

贯流风机内动静干扰发声机理的研究

本文通过实验与数值计算方法,探讨了贯流风机内动静干扰的现象及其诱导的噪声特性.文中给出了贯流风机流场的三维大涡数值计算结果,分析了声源场的特性,指出贯流风机流场具有较强的随机性。分别对直叶轮及斜叶轮气动性能及远场噪声进行实验测量,讨论了两种叶轮的优劣性。使用微压传感器对蜗舌出口处边界层压力脉动进行采集,给出了此处边界层辐射噪声源的相关分析.通过对实验结果分析指出声源脉动的宽频特性是被测风机噪声呈现宽频的主要原因。     

积垢对离心压气机叶轮气动性能的影响

建立表征离心压气机叶轮积垢分布的粗糙度模型,在叶片表面生成三维、非均匀分布的粗糙带,数值研究干净和积垢状态下叶轮的气动性能和内部流场,并通过敏感性分析,找到对叶轮气动性能影响最大的积垢区域。结果表明:积垢叶轮的多变效率和总压比较干净叶轮均有显著下降;随着流量增大,性能衰减愈发明显;离心压气机叶片前缘靠近叶顶部位为气动性能对积垢的最敏感区域.研究工作为离心压气机的鲁棒设计优化奠定了理论基础。     

叶片开缝的离心风机流场研究

本文提出在离心叶轮轮盖与叶片之间开缝,使得叶片压力面侧的高压气体射流到吸力面侧的低速尾迹区,从而直接给叶轮内的低速流体提供能量,减弱了叶轮内由于二次流所导致的射流-尾迹结构,并可用于消除或解决部分负荷时常发生的离心叶轮积灰问题.对某离心风机整机的数值模拟表明,在设计流量和小流量情况下,叶轮开缝后使叶片表面分离区域减小,整个流道速度分布更为均匀,改善了叶轮内部流场的流动状况,提高了离心叶轮性能和整机性能.研究表明,本方法对于提高离心式流体机械性能是有效的.     

冷却用弯掠轴流风机气动噪声预测与试验分析

采用Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,对五种不同结构的弯掠轴流风机A/B/C/D/E进行稳态数值模拟,结合给定的性能要求筛选出B/E风机。以稳态流场为基础,采用大涡模拟(LES)与基于Lighthill声类比的FW-H模型相结合的方法对B/E风机进行非定常计算和气动噪声预测,并将预测结果与试验数据进行了对比验证。分析了以叶轮表面作为噪声源时B/E风机的涡流噪声频谱特性,研究了风机三维非定常内部流场中旋涡分布特性,并探讨了风机旋转区域内部声压级的分布规律。     

使用多孔蜗舌的贯流风机

将贯流风机的蜗舌替代为多孔板与容腔组合的结构,定性地研究其控制气动噪声的可行性。通过对气动特性和辐射声信号的实验测量,结合内部流场的非稳态雷诺平均数值模拟,分析了这种蜗舌改造对贯流风机的整体特性和内部流动特征的影响,结果表明多孔蜗舌对贯流风机的压力-流量曲线作用并不明显,但对风机的噪声有着重要的影响,改变蜗舌迎风面的穿孔率可以有效地控制贯流风机的噪声。     

基于涡声理论的低速轴流风机气动噪声研究

采用PIV和CFD对不同安装角低速轴流风机流场进行对比研究,结合低速等熵流动的涡声理论分析风机内部流场与噪声辐射关联,在此基础上计算风机气动噪声.研究表明,低速等熵流动的气动噪声主要源于流场中涡系的拉伸与破裂.均匀进气情况下低速轴流风机的主要气动噪声源为叶片尾缘涡脱落噪声和叶尖涡噪声,其中前者强度明显大于后者.在此基础上,应用基于CFD的涡脱落噪声预测模型对风机气动噪声预测结果与实验吻合较好.     

叶尖小翼对扩压叶栅气动特性影响的数值研究

通过在叶片顶端加装小翼来降低叶顶二次流的叶尖小翼技术在叶轮机械领域受到关注。本文对具有不同叶尖小翼方案的压气机叶栅进行了全三维数值模拟,并详细分析了叶尖小翼对叶顶间隙流场的影响.结果表明,合理选择叶尖小翼的安装位置及自身宽度可以在一定程度上降低叶顶泄漏损失,在叶顶吸力面侧加装宽度为5 mm的小翼可以较好的削弱泄漏流动的强度,减少泄漏涡卷吸起更多的吸力面/端壁角区的低能流体及较早地阻止上通道涡的形成和发展。     

数值模拟不等距叶片对贯流风机的影响

贯流风机的通过频率(BPF)是其重要的噪声频率.降低BPF噪声可以降低基频处的声压级,其中一种方法是采用不等距叶片.本文采用3种叶片距分布形式,采用realizable k-ε两方程和大涡模拟(LES)湍流模型模拟了风机的内流场,计算线性欧拉方程(LEE)中声源项得到声源位置及强度,采用基于Lighthill声类比的FW-H积分方程获得了叶轮和蜗舌处偶极子型的离散噪声频谱.比较了不同叶片距对风机性能,噪声特别是BPF噪声的影响.计算结果表明在对性能影响较小的情况下,不等距叶轮可降低BPF噪声和总A声级噪声.