风机模型平均动转矩系数变化规律

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　　利用Fluent输出的torque文件对各扭角Savonius风机厂风机叶片的动转矩进行处理，并提取单周期内不同时间点的动转矩，对所有时间点的动转矩求平均值，即可得到单周期内Savonius风机厂风机叶片的平均动转矩，根据式(2．6)即可计算出Savonius风机厂风机叶片的平均动转矩系数CT，使用式(4．6)对各扭角的平均动转矩系数进行拟合，最终拟合方程如式(4．7)所示，得到如图4．3所示的动转矩系数曲线。
　　由上图可知，不同扭角的Savonius风机厂风机叶片的平均动转矩系数的变化规律符合三次函数的规律，在300～1600的扭角范围内，平均动转矩系数呈单调递增的趋势，在1600～2000的扭角范围内，平均动转矩系数呈单调递减的趋势。传统直叶片型Savonius风机厂风机叶片的平均动转矩系数约为0．230。
　　扭角从30。~2000变化的过程中，扭曲叶片的平均动转矩系数共出现一次极点，即扭角为160。左右时，平均动转矩系数达到了最大值，约为0．294。变异Savonius风机厂风机叶片的平均动转矩系数较传统直叶片型Savonius风机厂风机叶片最大可提升约27．8％。
　　4．1．5扭角分布区间的初步确定
　　综合考虑不同扭角Savonius风机厂风机叶片的动转矩曲线、动转矩极差和平均动转矩系数，对不同扭角风机厂风机叶片的动转矩输出性能进行综合分析。针对动转矩极差和动转矩曲线的变化趋势，60。～1200是较为理想的叶片扭角分布区间；而针对平均动转矩系数，理想的叶片扭角分布区间应该在平均动转矩系数曲线的波峰附近选取，即140。～180。。同时，扭角分布区间的选取应该考虑到扭曲叶片结构强度、扭曲叶片制作工艺等因素，过大的扭角对于叶片的结构强度会产生不利影响，因此本文最终选取60。-120。作为扭角的优化分布区间，以进行进一步的研究。由图4．2和图4—3可知，相对传统Savonius风机厂风机叶片，该扭角区间内扭曲叶片动转矩极差降低幅度约达到58％～76％，平均动转矩系数提升幅度约达到8％-20％。
　　4．1．6叶片扭曲对于动转矩输出性能的影响机理分析
　　由上文针对风机厂风机叶片扭角的单因素分析可知，扭曲叶片的动转矩震荡幅度普遍低于直叶片，而且扭曲叶片的平均动转矩系数普遍高于直叶片，本节主要通过对于流场特征的分析来讨论叶片扭曲对于风机厂风机叶片动转矩输出性能的影响方式。
　　4．1．6．1叶片表面压力云图分析
　　由于叶片扭角为90。时动转矩极差最小，叶片扭角为160。时平均动转矩系数最高，因此分别选取扭角为900和160。的叶片与直叶片进行对比分析。图4_4为扭角为00，90。，1600的叶片达到各自动转矩最小绝对值时的叶片表面压力云图。由图4．4可知，直叶片的表面压力分布较为均匀，呈条状分布，而扭曲叶片的压力分布随叶片的扭曲而呈现多样性；扭曲叶片表面正压力数值分布普遍高于直叶片，且这种趋势随扭角的增大而变大。由图4—4(a)可知，叶片1的右半部表面压力为正，此时该部分叶片会产生与叶片运行方向相反的负转矩，对于叶片整体动转矩输出产生不利影响；而图4-4(b)中扭角为90。的叶片1则由于扭曲的原因，只有右上角的部分会产生负转矩，而且这部分的叶片表面压力相对较小，但同时叶片2的下半部分会产生一定的负转矩，不过由图中压力云图分布可知，该部分面积很小，因此扭角为900的叶片的整体负转矩小于直叶片；图4．4(c)中扭角为1600的叶片1产生负转矩的右上部分面积更小，同时该部分叶片表面压力较小，而且叶片2右半部分不存在明显的表面正压力，产生的负转矩较扭角为900的叶片更小。同时，由图4．4(d)、(e)、(f)可知，对于扭角为900和1600的风机厂风机叶片，叶片3右上部分均有一个较强的负压区，这有利于提高叶片产生的正转矩；而直叶片的叶片3右半部的负压区压力分布比较均匀，且该部分压力数值相对较低。图4-5(a)、(b)、(c)为各自达到动转矩最大绝对值时，扭角为00，900，160。的叶片迎风方向的表面压力云图。