轴流风机薄板叶型设计方法的比较!

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轴流风机薄板叶型设计方法的比较

上海理工大学

摘

要

戴

韧

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给出了轴流风机薄板叶型的三种解析设计方法，并对所设计叶型的气动性

能作了比较。结果表明：型面曲率连续的叶型的气动性能是基本相同的；双圆弧叶型容易出现分离流动；单圆弧叶型气动性能可以代表具有连续曲率的一族叶型的气动性能。它构造方法简单，适用于薄板叶型设计。

关键词

轴流风机

薄板叶型

设计方法

改进轴流风机设计的核心是改进叶轮的叶片型线设计。为了提高叶轮效率，机翼型叶片是经常采用的，如!"#"$%&系列、#’系列等。但是机翼型叶片制造工艺较为复杂，不易准确控制形状，并且制造成本也较高。薄板叶型具有与机翼叶型类似的气动性能，但是加工简单，经济性较好。考虑到风机负载较小，叶片断面厚度基本不受强度所限制，从而钢制薄板叶型得到广泛应用。薄板叶型可以设计成多种曲线形式，如单圆弧、双圆弧、抛物线等。本文应用计算流体力学的方法，对上述三种薄板叶型的气动性能进行比较，为薄板叶型的实际应用提供一些有益的理论借鉴。

(

薄板叶型的设计方法

其中

(($)）（"120)

)

以叶片前缘为坐标原点，叶型坐标表示为：

%+$$341!(,

(*)双圆弧叶型

与单圆弧叶型类似，但是由两段圆弧在最大弯度处（&+’"(）连接构成。在&#［-，：’"(］

%+((

,决定叶型设计的主要参数是：进口气流角出口气流角!)、叶片安装角"以及叶栅弦节!(、

比!"#。叶栅设计如图(

所示。

其中

’"(341"120#(

（’(+$(120",#(）（((+$$(341",#(）

在&#［’"(，：(*-］$(+

%+()

,’"(341"120#)

（$)341’)+’(,341"#)$$(341#(）（$)341()+(($120"#)$$(341#(）

(*5三次抛物线叶型$)+

如图(所示，给定叶片的设计条件，叶片前、

后缘位置确定，在理想流动的条件下，前、后缘的型线斜率由进出气角唯一确定，因此描述型面曲线的多项式有’个定解条件，唯一确定一个三次多项式。

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其中

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叶栅内流动的计算方法

以某型轴流风机设计工况下，叶轮平均直径的速度三角形作为叶型设计的初始条件，进气角出气角"!")’，叶片安装角!"’*’，叶栅"’"#)’，

弦节比()*"’+)。

,

流场的计算分析

假定叶栅内为无粘、相对定常的不可压缩流动，平面二维流动方程为：

!"#!"$

(")!!""&")!#!$式中"#，——%、"$—&轴方向速度分量

引入势函数#，得到流动的全位势流动方程：

"#")

采用四节点有限元方法离散方程式，引入叶栅流动的边界条件后，得出叶栅内部的流场分布，详细计算方法见文献［’］。

#

设计实例

!

,+’叶面速度分布的比较

图!表示三种曲线叶型在设计工况和(’)’、&’)’冲角工况下的叶片表面沿流向的速度分布。从图中的对比可以看出，单圆弧与抛物线叶型的速度分布是基本一致的，几乎没有差别，但是双圆弧叶型的速度分布明显不同。在设计工况下，单圆弧叶型从进口至叶片中部负荷均匀，速度变化平缓；而双圆弧在进口负荷较大，其后负荷迅速降低，尽管叶片出口速度变化平缓，但是吸力面流动扩压过早，使流动分离提前，流动损失增加。在负冲角下，有着类似的流动趋势。随着进口冲角的增加，三种叶型的流动分布趋于一致。

图#不同冲角下的升力系数

（上接第":页）

#结论

（!）型面曲率连续的单圆弧、抛物线叶型的气

动性能是基本相同的。

（"）双圆弧叶型在负冲角时容易出现分离流动，而且升力系数低于曲率连续的叶型。

（>）在一定设计条件下，单圆弧叶型气动性能可能代表具有连续曲率的一族叶型的气动性能。

它构造方法简单，适用于薄板叶型设计。

参考文献

!陈康民’任意旋成面上带分流叶片叶栅正命题有限元解法’工程热物理学报，!(%"；（>"）

作者简介：戴韧，男，!(&&年生，工学博士，研究员，主要研究方向为叶轮机械气动力学、气固两相流动的数值模拟与实验，发表论文"$余篇。通讯地址："$$$(>上海市军工路#!&号上海理工大学动力学院叶轮机械研究所:!(信箱。

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