開式軸流風機由于其葉頂區(qū)域導流罩只覆蓋葉頂靠近尾緣的部分區(qū)域導致該區(qū)域存在非常復雜的渦流場,同時其內部流動又是一種極為復雜的的非定常三維流動,因此學者們一直致力于對其進行節(jié)能降噪改型優(yōu)化。尾緣改型就是其中的方法之一。本文由魚類為高效游動而進化出向內凹陷的尾鰭受到啟發(fā),將其運用于開式軸流風機尾緣凹陷改型優(yōu)化之中。運用仿生學手段,仿照魚類尾鰭凹陷的形狀設計了不同的凹陷結構,并針對其中最優(yōu)結構進行了結構參數的優(yōu)化,探究了其對開式軸流風機外特性、壓力場及葉頂區(qū)域流動的影響規(guī)律,旨在為開式軸流風機的尾緣優(yōu)化改型提供一定的指導和建議。(1)采用仿生學方法,仿照魚尾鰭凹陷形狀設計了樣條、梯形、三角、圓弧四種尾緣凹陷結構,采用數值模擬和實驗測試對比其氣動性能,結果表明:在同轉速下,各凹陷改型方案的全壓和功率均降低;提升轉速使工作流量處做功相同,各方案的功率均低于原型,效率提升,其中樣條結構明顯優(yōu)于其他凹陷結構,模擬狀態(tài)下的節(jié)能率為6.51%,實驗測試狀態(tài)下節(jié)能率為14.33%,節(jié)能效果顯著;凹陷方案的葉片載荷降低,分布更加均勻,同時有效減弱葉頂泄露渦和葉尖渦的強度,對葉根處的角區(qū)分離有一定的抑制作用,并減弱了葉頂尾緣處的尾跡強度。(2)噪聲實驗顯示相同做功條件下,各凹陷結構在整體聲壓級上與原型機差別不大,但是能有效降低低頻段內的聲壓級峰值和改善聲壓級分布的均勻性,低頻段噪聲峰值降低2~4dB,有效改善風機的聲音品質。(3)以樣條結構為基礎改變凹陷深度,同做功條件下,隨著凹陷深度的增加,其節(jié)能率先增加后減小甚至為負值,在一定的凹陷深度范圍內,葉片上的載荷分布得到改善,流動效率增加,但凹陷深度過大會惡化葉片上的載荷分布,降低其流動效率,最優(yōu)的凹陷深度大致位于16%弦長位置;葉尖渦強度和角區(qū)分離隨著凹陷深度的增加先減弱后增強,葉頂泄露渦隨著尾緣凹陷深度的增加而減弱,凹陷深度過大會產生明顯的跨葉片凹陷區(qū)域的流動;風機轉速隨著凹陷深度增加而增加,導致葉片進口氣流沖角的增大從而使得前緣分離流動加劇。(4)以樣條結構為基礎改變凹陷的徑向位置,在同轉速下,徑向位置的改變對風機在小流量下的全壓影響較大,大流量工況下的全壓基本不受影響。凹陷的徑向位置越靠近葉頂區(qū)域,其對風機全壓造成的影響越小;在做功相同時,節(jié)能率隨著凹陷的徑向位置增加而增大,模擬狀態(tài)下節(jié)能率最高達7.50%;隨著凹陷的徑向位置的增加,葉片壓力面高壓區(qū)減小,載荷降低,而吸力面的低壓區(qū)主要在葉頂區(qū)域靠近尾緣處有所減小,葉頂泄露渦減弱,同時對葉尖渦和角區(qū)分離具有一定的抑制作用。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH432.1
【部分圖文】：

探尋其結構參數對其氣動性能和內部流動的計和改型優(yōu)化提供一定的參考依據。風機研究現狀式軸流風機其內部流動是一種極為復雜的非定常三維流開式軸流風機的導流罩只覆蓋靠近尾緣的局部區(qū)域，給出了其主要部件：輪轂（Hub）、葉片（Blade）、導流進口處的流動示意圖，氣流從軸向和徑向兩個位置進入，葉輪進口處存在電機支架和換熱器，使得其內部流動的主要原因之一。開式軸流風機作為空調室外機的主要熱、噪聲性能都具有重要影響。因此國內外學者采用實析等方法對其內部流動、噪聲做了大量研究。

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文次要因素。緣凹陷結構起源億萬年的進化，生物為了適應環(huán)境而形成了在空氣或者水等流體能力，為我們提供了非常多的設計靈感和思路，由此也引發(fā)了仿針對魚類在水中能夠高速游動并且具有良好的姿態(tài)控制能力，對方式及高效原因進行了理論、數值分析研究，其中包括了生物整0，41]、生物局部運動器官[42-47]的研究等。

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文研究了典型的魚尾形狀的撲板的運動性能，與無叉板相比，魚尾形分叉板具有更好的運動性能和更高的效率，尾流分析表明：魚尾形分叉板的尾流包括一連串反向馬蹄形渦旋結構，誘發(fā)后向噴流產生正向推力并具有更好的方向性。2017 年，T VanBuren[52]等研究了不同尾緣形狀對固定剛性板尾跡和推進性能的影響，研究發(fā)現尾緣凹陷能夠延遲自然渦旋的彎曲并且減弱尾跡。

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本文編號：2829930