收缩角对无叶风扇性能的影响

收缩角对无叶风扇性能的影响

为了进一步研究收缩角对无叶风扇出风效果的影响,最终确定收缩面形式,本文在其他结构参数不变的前提下又设计了两种夹角:10°和30°。图2.18为不同0下距风扇前1m处最大风速和1m处主风区面积的对比图,由图可以看出随着e增大,出风口前Im处最大风速逐渐增大,但是主风区面积却逐渐减小,所以不能过于追求最大速度而忽视感风面积,0存在一个最佳值。

图2.19为不同收缩角e下风扇出风口前1 m处总风量对比图,由图可以看出随着0增大,通过Im处截面总风量逐渐降低,这与图2.18中Im处主风区面积变化趋势相同。这主要是因为0增大,无叶风扇前Im处聚风效果明显,主风区与周围空气接触面积减小,空气带动能力降低。由图还可以看出随0增大,4 m处截面总风量先增后减,在20°时风量最大,这是因为远场流量主要是由中心最大风速和主风区面积共同决定,最大风速越大,与周围空气速度梯度越大,空气带动效果越好,主风区面积越大,与周围空气接触面积增大,带动效果越好,而这两者与e存在相反关系,综合结果是e为20°时远场风量最大,即无叶风扇风量放大效果最佳,Im前风量放大14倍,4 m前风量放大44倍。因此,选择e为20°的无叶风扇为最终方案。

2.4入口速度环量对无叶风扇性能的影响

上文无叶风扇的研究基于进口气流速度方向垂直于风扇进口,这就要求与之配套的风机出口无速度环量。而做到风机出口速度完全无环量,难度较大。本节将讨论不同入口速度环量对无叶风扇性能的影响,为下文风机后置导叶设计提供参考,在保证进口流量不变的同时,增加进口旋转速度分量。图2.20为入口速度包含不同旋转速度分量时无叶风扇1m前最大风速以及无叶风扇压阻的变化图,研究对象依然是收缩角为20°的无叶风扇。

由上图可以看出,随着入口旋转分量的增加,无叶风扇Im前最大速度先保持不变,后减小,这主要是因为石家庄风机随着旋转分量的增加,无叶风扇内部流动更加复杂,影响出风汇聚效果;而无叶风扇压阻变化趋势则与之相反,但旋转分量小时,压阻变化不大。由图可以说明无叶风扇入口可以存在旋转分量,当不超过一定值时对无叶风扇性能基本无影响,在本例中临界旋转分量为2.9 m/s。

2.5小结

本章阐述了具有收缩内表面无叶风扇的设计思路,以此为依据设计了一款小间隙无叶风扇;对无叶风扇流场特性进行数值研究,验证了设计思路的可行性,为新型无叶风扇设计提供了参考。同时本章还研究了收缩角、进口速度环量对无叶风扇性能的影响,得到以下结论:

(1)随着收缩角e增大,小间隙无叶风扇出风口前m截面处最大速度逐渐增大,但是主风区面积却逐渐减小;另外随着0增大,无叶风扇出风口前Im处截面总风量逐渐降低,而4m处截面总风量则先增后减,在20°时风量最大,综合考虑各项指标,e为20°的无叶风扇性能最佳;

(2)随着入口旋转分量的增加,无叶风扇Im前最大速度先保持不变,后减小;并且旋转分量小时,无叶风扇压阻变化芯片解密不大。这说明不超过一定值时无叶风扇入口旋转分量对无叶风扇性能影响较小。