风机模型流场速度矢量分布分析

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由图4．5可知，叶片的最大正压力数值随扭角的增大而增大；同时根据叶片表面的压力分布情况，扭角为00的风机厂风机主要依靠叶片2产生正转矩，扭角为900的风机厂风机的叶片1和叶片2均能产生正转矩，而扭角为160。的风机厂风机的叶片1、叶片2和叶片3三个叶片均能产生正转矩，因此扭角为160。的风机厂风机叶片的最大动转矩绝对值高于扭角为0。和90。的最大动转矩绝对值。因此在一定范围内，叶片平均动转矩系数随扭角增大而增大。对比图4．4(a)、(b)、(c)，扭角为90。的叶片在动转矩为最大值和最小值时的叶片表面压力云图变化不大，而扭角为0。和160。
　　的叶片在动转矩为最大值和最小值时的叶片表面压力云图变化较大，这在一定程度上解释了扭角为900左右的风机厂风机叶片的动转矩曲线震荡幅度较小的试验结果。综上所述，叶片扭曲后由于形状的变化，在叶片旋转的不同时刻，产生正压的叶片面积增大，而产生负压的叶片面积减小，这使得叶片产生的平均动转矩有所提升，而且在O。～160。的扭角区间，随扭角增大，叶片形状变化程度增大，平均动转矩提升幅度增大；特别的，叶片扭角为90。左右时，由于叶片形状变化到一定程度，使得叶片旋转时，各个时刻的叶片迎风面状态变化较小，因此叶片产生动转矩的震荡幅度较小。
　　4．1．6．2流场速度矢量分布分析
　　在Results模块的CFD—Post中取Y值为0的XZ平面，即叶片竖直方向的中心面，显示该面的速度矢量分布，如图4-6所示，其中图(f1)、(b)分别为直叶片和扭曲叶片的流场速度矢量分布图。对比发现，由于扭曲叶片的形状特征，空气流向叶片表面时，其速度会产生一个竖直方向的分量，沿竖直方向来流是不受阻力的，对于此刻正产生负转矩的叶片部分，这个分量极大的减小了叶片对于来流的阻力，使得叶片产生的负转矩减小；而直叶片产生负转矩的叶片部分则会承受较大的来流阻力，叶片产生的负转矩相对较大。因此，扭曲叶片由于对来流速度在竖直方向的分流对于叶片负转矩的产生起到一定的抑制作用。
　　(a) (b)图4-6直叶片和扭曲叶片XOZ平面速度矢量分布图图4—7则描述了扭曲叶片在背风方向的速度矢量分布，由该图可知，由于扭曲叶片的形状特征导致风速在竖直方向上产生了分量，在叶片背风方向区域的空气在竖直方向会有一定几率产生涡流，涡流会降低该区域的压强分布，从而在叶片表面形成一定的负压区，如图4—4(d)、(f)所示，负压区的形成有利于增加该叶片所产生的正转矩。综上所述，扭曲叶片的形状特征改变了叶片附近空气速度矢量的分布状况，导致风速在竖直方向产生分量，减小了产生负转矩的叶片部分的阻力，使得其产生的负转矩减小；同时在风机厂风机叶片背风面形成一定的负压区，使得其产生的正转矩增加，风机厂风机叶片的整体动转矩输出性能得到提升。
　　4．2基于多结构参数的正交试验
　　在进行复杂问题的研究时，需要考虑各种参数对于所研究问题的影响，在进行研究时，需要进行合理的实验设计，从而探究不同参数及其水平对于所研究问题的影响，获得最优化的解决方案，这就是多参数的实验问题。以往针对Savonius风机厂风机叶片的研究主要针对高径比、重叠比等传统结构参数进行单因素分析，并不能衡量各结构参数对于叶片性能影响程度的大小，不能全面有效的分析各参数对于风机厂风机叶片性能的影响方式。
　　上节对于SavoniUS风机厂风机的叶片扭角进行了单因素试验，本节在单因素试验所确定的60。～1200的扭角分布范围的基础上，将其他叶片结构参数考虑进来，采用正交试验的方法，对影响Savonius风机厂风机叶片动转矩输出性能的各结构参数进行合理的试验设计，研究各结构参数对于风机厂风机性能的影响方式和影响机理。