小间隙出风无叶风机

本文提出了带收缩型出风内表面的无叶风机的设计思路,并依此为依据进一步设计了两款无叶风机,对不同结构参数下无叶风机的流场特性进行研究分析,为新型无叶风机设计提供了参考;同时釆用数值模拟的方法对不同叶片分布形式下风机性能和气动声学特性进行研究,得到叶片分布方式对风机性能和噪声级的影响规律,为非等距叶片微型风机的设计提供参考,本文的主要工作和结论如下:

(1)设计了一种带有收缩型出风内表面、小间隙出风的无叶风机,发现收缩型内表面可以产生明显的科恩达效应,同时研究了无叶风机收缩角和进口速度环量对无叶风机性能的影响,为小间隙无叶风机设计和风机设计提供了参考;

(2)用数值模拟的方法研究叶片分布方式对无叶风机用微型风机气动性能和声学性能的影响,研究表明叶片可以在相当大的范围内选择分布方式而不会使风机的气动性能恶化;但为了降低风机出口压力脉动幅值,叶片不均匀度要控制在一定范围内,叶片不均勻度的增加,将会导致低频脉动幅值的显著增加;叶片不等距布置可以降低叶片通过频率处的声值,将基频的声能分布到较宽的频带范围内;叶片分布不均匀度小,对基频噪声降低效果不明显,不均匀度过大,会导致低频噪声声压级的大幅增加,不均匀度存在一个最优区间。对于该徽型风机建议A值控制在0.1到0.2之间;

(3)两级叶轮设置可以在保证性能和效率的前提下,降低叶轮转速,达到降噪效果,与相同性能下的模型风机相比,数值模拟结果显示风机出口声压级降低了 6.5dB,实验验证声压级降低5dB;

(4)设计了一款带有收缩型内表面、大间隙出风的无叶风机,研究发现在大间隙出风时无叶风机无法形成稳定的射流现象,通过对无叶风机出口设置格栅,可以增加射流的稳性,保证出风均匀;

(5)无叶风机内表面收缩角对风向的影响较大:收缩角小于20°时,无叶风机上侧出风强,风向偏上;收缩角大于20°时无叶风机下侧出风强,风向偏下;收缩角等于20。时,无叶风机上下出风对称,风向正中;

(6)由于无叶风机出口间隙增大,所需全压降低,因此设计的大流量风机转速大幅降低,与模型风机相比,数值模拟结果显示大流量风机出口声压级降低了 4.3 dB。

6.2主要创新点

1.设计了一种带有收缩型出风内表面的无叶风机结构,给出了间隙、收缩角和进口速度环量对出风性能的影响,为无叶风机的结构设计提供了依据,实验验证新型无叶风机性能较传统无叶风机性能有了明显提高。

2.设计了 一款低速两级风机用以取代高速旋转的单级风机,实现了两级微型风机与小间隙出风无叶风机的良好配合,单片机解密使得该无叶风机的噪声明显下降。

6.3展望

由于研究时间较短、专业知识水平有限,对无叶风机的研究尚有很多未尽和不足之处,下一步的工作仍需进一步展开:

1.本文仅独立研究了出风口处内表面与轴线的夹角、出风口间隙对无叶风扇性能的影响,对于其他结构参数的研究还有待深入研究。因为无叶风机出风口速度对无叶风机性能影响较大,其与无叶风机出风口处的间隙、直径、角度紧密相关,因此还需要对出风口处几何参数进行综合研究,找出间隙、直径、夹角的协调关系;

2.为降低噪音,无叶风机内置微型风机叶轮使用非均匀布置叶片。文中对风机的研究仅限于额定工况,因此与转速相关的压力脉动和声压级比较明显,但在小流量和大流量下,非均匀叶片对风机性能、出口压力脉动和噪声的影响还不清楚,有待进一步深入研究;

3.本文风机降噪主要是利用非均匀叶片布置,下一步的研究可以考虑更多降噪结构形式,比如叶片穿孔可以降低风机涡流噪声。