国内外研究风机现状及发展趋势（1）
作者：石家庄风机 日期：2014-10-17 浏览：949
轴流风机的主要结构参数有叶轮直径、轮毂直径、叶栅铜度、叶轮叶片数目、叶弦长度等。目前,国内外学者对轴流风机的研究主要集中在叶片形状、噪声等方面,大家所釆用的研究工具主要有两种:实验和数值模拟计算。依据国家标准GB1236-1985搭建了风机气动-声学性能测试试验台,利用五孔球形气动探针测量风机出口气流参数沿叶片高度方向的分布,并用此试验合对叶片周向弯曲、周向弯曲角对轴流式通风机气动-声学性能的影响开了研究【18】。F.Baki「依据标准ISO-5801分别搭建了自由出口风机性能试验台和管道出口风机性能试验台,并以此为基础研究了叶片厚度对汽车发动机冷却系统用轴流风机的整体性能的影响,比较了厚叶片和薄叶片轴流风机的整体气动性能、压力、速度脉动,发现厚叶片风机的最髙效率有所降低,效率-流量系数曲线向小流量方向移动;厚叶片出口流域有较强的切线速度分量;厚叶片风机的壁面压力脉动要更低[19l[2Q】。
T. Fukano利用与风机叶片一起旋转的两个热线探针,测量低速轴流风机在设计工况和非设计工况下由叶顶间隙流而产生的噪声,发现该类噪声还有离散频率的噪声成分和宽带噪声成分,前者是因为周向速度的波动而产生的,后者是因叶片流道里的速度波动产生的;另外,为了描述祸流中的峰值频率,作者提出了一种祸流中速度波动的螺旋模型。
相对于实验的高成本、长周期,数值模拟计算价格低廉、实验周期短,具有一定优势,很多学者也倾向于用CFD ( Computational Fluid Dynamics)软件FLUENT对风机进行三维模拟。天津大学的田铖、杨东旭等利用商用CFD软件FLUENT,对地铁专用轴流风机一一对称翼叶片轴流风机、弯掠组合翼型叶片轴流风机,在不同工况下的内部流场进行了数值模拟和分析,并将数值模拟计算出的风压和风机效率与实验所得数据进行了比较,结果基本吻合,从而验证了数值模拟计算在风机性能优化中的可靠性[24][25】[26】。
CFD软件不但可以相对准确地反映轴流通风机的整体气动性能,而且也可以准确地反映风机的内部流场的细节特征,比如速度场、瑞动能场、压力场等,通过这些细节特征就可以判断轴流风机的结构是否合理,从而为结构优化提供依据。Hyoja等人利用FLUENT软件中的雷诺应力模型,对前掠轴流风机在最高效率点处的叶端泄露进行了数值模拟,计算得到的结果与实验测量数据的对比显示模拟值相对可靠,这也在一定程度上说明了 CFD在反映风机流场细节特征上的可靠性。天津大学的贾捷对地铁用轴流式通风机进行了 CFD模拟和研究,其数值模拟的轴流风机在不同工况下的风机性能结果与实验结果基本吻合,在此基础上又分别研究了在不同工况时风机的叶顶间隙、安装角、叶片数对风机全压和效率的影响]。
丄Hurault、S.Kouidri、F.Bakir、R.Rey等人同时从实验和数值模拟两个方面,研究了低压、低马赫数轴流风机叶片前掠和后掠,对轴流风机整体气动性能和风机流域速度场的影响,其实验部分的试验台是根据IS05801标准搭建,除能够得到轴流风机的整体气动性能外,还利用二维探针得到了三维流域的内部完整结构;其数值模拟部分采用Gambit2.4建模,利用Fluent6.3模拟计算,为精确得到因叶片而产生的端流项,其釆用了雷诺应力瑞流模型。为减小计算时间,其所建立的模型是八分之一模型,并采用周期性边界条件。通过对比实验和数值模拟结果发现,除了轴向速度分量和切向速度分量,祸轮机械还存在不可忽略的径向速度分量;叶片的前掠和后掠对风机性能的影响,随叶片几何结构不同而不同,在其研究的叶片中,前掠增加了径向速度分量,后掠减小了径向速度风量,而径向叶片具有最好的气动性能和最高的效率[29]。
在风机产品的系列化设计中,国内风机行业大多按相似设计的方法,该方法设计的系列风机产品只能满足风机市场的常规需要,难以适应市场的变化需求。在低风压、大流量的空冷轴流通风机产品系列群开发设计中,吴秉礼和高延福提出了一种综合相似设计、模化设和变型设计的现代设计方法一一渐进设计方法,用此设计方法可以将风机产品从系列化发展到系列群化。该设计方法过程为:首先根据风机气动略图,
