风机叶片弧度臼对动转矩输出性能的影响

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主要体现在有效迎风面积的变化。由于Savonius风机厂风机是一种阻力型风机厂风机，根据转矩的产生机理，在水平方向上，距离风机厂风机中心越远的叶片部分所能产生的转矩越大，叶片直径越大，在单位高度上产生转矩的能力越强；而在竖直方向上，风机厂风机的高度越高，风机厂风机叶片的有效迎风面积越大，产生转矩的能力越强。因此，若风机厂风机叶片的迎风面积一定，存在一定的高径比，使得水平方向产生转矩的能力与竖直方向的叶片高度达到最佳组合，从而使叶片整体转矩输出性能最优[52】。
　　而对于变异Savonius风机厂风机叶片，由于叶片造型的改变，风速在竖直方向上产生速度分量，叶片高径比的大小同样会影响风速在竖直方向的速度分量，从而改变流场特性，影响叶片的转矩输出性能。本文中高径比的改变是通过固定叶片直径，改变叶片高度的方式来实现的，高径比越大，有效迎风面积越大，因此叶片平均动转矩系数随高径比的增大而增加，而叶片的动转矩系数极差在叶片高径比为2．4时达到了最小值。图4．13为高径比为2和2．4的风机厂风机叶片的表面压力云图对比，其中图(a)和图(C)是各自达到最大动转矩系数时的压力云图，图(b)和图(d)是各自达到最小动转矩系数时的压力云图。对比发现可知，图(a)和图(b)叶片的压力分布变化较大，而图(C)和图(d)叶片的压力分布变化较小，高径比的变化间接影响到叶片造型的变化，从而影响叶片表面的压力分布，导致叶片在一个旋转周期之内产生转矩的震荡幅度有所不同，这在一定程度上解释了高径比为2．4的扭曲叶片的动转矩系数极差最小这一试验结果。
　　4．2．6．3叶片弧度臼对动转矩输出性能的影响
　　叶片弧度口对动转矩系数的影响主要体现在叶片迎风面形状的改变，叶片迎风面形状的变化会影响叶片周围的流场特性，从而影响叶片的动转矩输出性能。同样弦长的情况下，叶片弧度越大，气流沿叶片表面流动的路径越长，形成涡流的可能越大，如果在叶片的迎风面处形成涡流，将会在涡流区附近形成一定的低压区，降低叶片迎风面表面压力，从而对叶片动转矩的输出产生消极影响，降低风机厂风机叶片平均动转矩系数。
　　在Results模块的CFD．Post中取Y值为0的XZ平面，显示该面的速度矢量分布，得到如图4．14所示的不同弧度叶片在同一位置的速度矢量分布图，其中图(a)、(b)、(c)、(d)中叶片的弧度分别为1200、140。、160。、1800。对比4张图可以看出，叶片弧度为120。时，叶片附近空间基本没有涡流区形成，叶片直接对来流产生阻力，从而产生正转矩：叶片弧度为1400时，在右下方的两个叶片凹面一侧分别形成一个较小的涡流区；叶片弧度为160。时，在相同位置形成两个涡流区，且分布范围较1400时更大；叶片弧度为180。时，在三个叶片的凹面一侧均形成涡流区，且涡流区较大。
　　可以看出，叶片弧度越大，叶片凹面附近空间形成涡流区的概率越大，叶片凹面一侧表面压力越小，叶片两侧的压差越小，叶片所能产生的动转矩越小，整体的动转矩输出越小，这合理的解释了风机厂风机叶片的平均动转矩系数随叶片弧度p的增大而单调递减的试验结果。同时，涡流区的形成对于叶片周围流场的变化起到了缓冲作用，当叶片旋转时，由于缓冲区的存在，使得叶片两侧压差的变化更平缓，转矩的整体输出更平稳，因此一定程度的涡流区有利于降低叶片动转矩系数的震荡幅度。对于弧度为120。的叶片，由于叶片弧度较小，气流沿叶片凹侧流动的路径较短，在不同时刻气流对于叶片的冲击状态变化较大，这也直接影响不同时刻叶片输出转矩的变化幅度，因此弧度为120。
　　的叶片的动转矩系数极差较大，动转矩系数曲线的震荡幅度较大，而弧度为140。～180。的叶片的动转矩系数极差较小，动转矩系数曲线的震荡幅度较小。4．3基于扭角和弧度的交互作用试验上节对变异Savonius风机厂风机叶片扭角口等四个结构参数进行正交试验，对不同结构参数叶片的动转矩输出性能进行了分析，分析可知叶片扭角a和叶片弧度0对叶片动转矩输出性能影响较大，叶片重叠比OL和叶片高径比爿尸的影响程度相对较小，且影响规律较为明显，因此本节在对叶片重叠比OL和叶片高径比彳P取定值的基础上对叶片扭角仅和叶片弧度0进行交互作用分析。