本文關(guān)鍵詞：微型軸流風(fēng)扇葉頂間隙流動及非定�，F(xiàn)象的數(shù)值計算研究

  更多相關(guān)文章： 微型軸流風(fēng)扇 損失 自激式非定常 流動機理 多次通過交接面 勢干擾 尾跡干擾 葉表壓力波動

【摘要】：微型軸流風(fēng)扇作為通風(fēng)散熱元件被廣泛應(yīng)用于民用電器、醫(yī)療、機械以及電子工業(yè)等各個領(lǐng)域。出于整機產(chǎn)品的散熱以及節(jié)能降噪的需要,都有必要充分地認識并改善冷卻風(fēng)扇的內(nèi)部流場。然而就目前為止,葉輪機械內(nèi)流的相關(guān)研究報道主要針對大型壓氣機展開,針對這種微型軸流風(fēng)扇公開發(fā)表的文獻報道相對較少�；诖�,本文利用計算流體動力學(xué)方法對一微型軸流風(fēng)扇的內(nèi)部流場進行數(shù)值模擬,主要完成了三個方面的研究內(nèi)容：首先,對單轉(zhuǎn)子環(huán)境下風(fēng)扇內(nèi)部的定常流場進行了詳細的分析。單轉(zhuǎn)子通道內(nèi)的損失主要包括葉表邊界層損失(含沖擊損失)、泄漏損失和端壁損失。不同工況下的損失差異主要表現(xiàn)為來流沖擊損失和泄漏損失。在設(shè)計工況下,沖擊損失通常最小。當流量大于設(shè)計流量時,沖擊損失明顯增加；泄漏渦表現(xiàn)為尺寸較小但中心渦強較大的集中渦,雖然在轉(zhuǎn)子通道內(nèi)周向上的影響范圍變小,但需要更長的軸向距離才能達到完全摻混,此時損失往往高于設(shè)計工況下的情況。當流量小于設(shè)計流量時,沖擊損失也明顯增加,泄漏渦尺寸變大。當流量減小至一定程度時會引發(fā)葉頂二次泄漏現(xiàn)象,導(dǎo)致?lián)p失的明顯增加,此時損失常常也高于設(shè)計工況下的情況。因而風(fēng)扇的效率隨著流量的減小呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。在峰值效率點左側(cè)繼續(xù)減小流量時,損失值變大,單位質(zhì)量氣體接受葉輪做功的能力也繼續(xù)增加。當損失的增加值大于氣體得功的增加值時,氣體的全壓升開始呈現(xiàn)降低的趨勢。因而,風(fēng)扇峰值效率對應(yīng)的工況點往往在峰值壓升對應(yīng)的工況點的右側(cè)。其次,研究了單轉(zhuǎn)子葉頂間隙區(qū)域的非定�，F(xiàn)象及其產(chǎn)生機理。在峰值壓升點附近,葉頂間隙內(nèi)發(fā)生了明顯的非定常壓力波動現(xiàn)象即“自激式非定常現(xiàn)象”。這種自激式非定�，F(xiàn)象與低能流體多次通過敏感的“交接面”有關(guān)。在交接面附近區(qū)域相對總壓梯度較大,對擾動較為敏感。在大流量下,低能流體(主要是泄漏流)只能通過敏感的交接面一次,因而壓力波動非常微弱。而當流量減小至峰值壓升點附近時,主流相對于泄漏流變?nèi)?交接面逐漸向上游移動。低能流體沿著交接面遷移后能夠再次進入相鄰葉片的頂部并發(fā)生泄漏,進入相鄰的葉片通道。這樣,低能流體在周向上形成了遷移循環(huán),它多次通過敏感的交接面附近區(qū)域,導(dǎo)致小擾動得到明顯的放大,最終誘發(fā)了自激式非定�，F(xiàn)象的發(fā)生。最后,本文還進一步研究了級環(huán)境下葉表壓力波動現(xiàn)象及其產(chǎn)生機理。在級環(huán)境下,下游靜葉滯止高壓區(qū)是引起上游轉(zhuǎn)子壓力場波動的主要原因。隨著時間的推進,這一高壓區(qū)沿著葉輪旋轉(zhuǎn)的相反方向運動。勢干擾向上游傳播時,在轉(zhuǎn)子通道的擴張區(qū)內(nèi),引起的壓力波動相位相同且水平一致,因而吸力面上各點的壓力波動相位相同。在擴張區(qū)以外,勢干擾具有“軸向指向性”,高壓區(qū)的掃掠使得轉(zhuǎn)子壓力面上各點的壓力也沿著葉輪旋轉(zhuǎn)的相反方向先后達到最大值。對于下游靜子而言,轉(zhuǎn)子尾跡改變了來流沖角,但是這種影響僅限于葉片前緣的滯止點附近的區(qū)域；在靜葉后半段壓力波動微弱。通過本文的研究,對微型軸流風(fēng)扇這一類研究不夠充分的風(fēng)機內(nèi)葉頂泄漏流的定常與非定常特征獲得了較為全面的認識。提出并通過數(shù)值模擬證實了引起葉頂泄漏流白激式非定�，F(xiàn)象的“低能流體多次通過交接面”的猜想。揭示了級環(huán)境下下游靜子對上游轉(zhuǎn)子的勢干擾作用主要是由靜葉前緣高壓滯止區(qū)引起,勢干擾具有軸向指向性。而上游轉(zhuǎn)子尾跡對下游靜子壓力場的干擾主要是通過改變來流沖角而形成,影響范圍僅局限在靜葉前半段。
【關(guān)鍵詞】：微型軸流風(fēng)扇 損失 自激式非定常 流動機理 多次通過交接面 勢干擾 尾跡干擾 葉表壓力波動
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK172
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-33
• 1.1 課題背景與意義11-12
• 1.2 軸流式葉輪機械內(nèi)流現(xiàn)象及其研究現(xiàn)狀12-31
• 1.2.1 葉頂泄漏流12-25
• 1.2.2 非定常波動現(xiàn)象及機理25-31
• 1.3 本文的研究目的和內(nèi)容31-33
• 第二章 軸流葉柵頂部間隙流場的模擬33-49
• 2.1 軸流葉柵頂部間隙流場的數(shù)值計算模型與方法33-35
• 2.2 網(wǎng)格無關(guān)分析35-40
• 2.3 計算結(jié)果分析40-48
• 2.3.1 泄漏流與泄漏渦40-43
• 2.3.2 與前人試驗及計算值的對比43-48
• 2.4 本章小結(jié)48-49
• 第三章 單轉(zhuǎn)子微型軸流風(fēng)扇定常數(shù)值模擬49-81
• 3.1 研究對象49-51
• 3.2 計算方法51-56
• 3.3 流量對微型軸流風(fēng)扇性能的影響分析56-80
• 3.3.1 氣動性能曲線57-59
• 3.3.2 泄漏流與泄漏渦59-67
• 3.3.3 損失67-77
• 3.3.4 壓力及載荷77-80
• 3.4 本章小結(jié)80-81
• 第四章 單轉(zhuǎn)子微型軸流風(fēng)扇自激式非定常現(xiàn)象及其機理分析81-99
• 4.1 計算方法82-83
• 4.2 自激非定�，F(xiàn)象83-88
• 4.3 自激非定�，F(xiàn)象的產(chǎn)生機理88-92
• 4.4 與前人工作的對比92-98
• 4.5 本章小結(jié)98-99
• 第五章 級環(huán)境下葉表壓力的非定常波動特性99-115
• 5.1 計算方法100-102
• 5.2 勢干擾102-110
• 5.2.1 轉(zhuǎn)子葉表壓力波動特征102-104
• 5.2.2 擾動的傳播特征104-108
• 5.2.3 擾動源的特征108-109
• 5.2.4 勢干擾機理109-110
• 5.3 尾跡干擾110-114
• 5.3.1 靜子葉表壓力波動特征110-111
• 5.3.2 擾動的傳播特征111-112
• 5.3.3 擾動源的特征112-113
• 5.3.4 尾跡干擾機理113-114
• 5.4 本章小結(jié)114-115
• 第六章 總結(jié)與展望115-117
• 6.1 全文總結(jié)115-116
• 6.2 創(chuàng)新點116
• 6.3 展望116-117
• 參考文獻117-131
• 攻讀博士學(xué)位期間的主要成果131-132
• 致謝132-133
• 附錄1 考慮邊界層厚度的進口速度邊界的UDF133-134
• 附錄2 微型軸流風(fēng)扇氣動性能試驗134-137

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 史亞鋒;吳虎;徐倩楠;宋石平;;靜-轉(zhuǎn)葉排軸向間距對某跨聲速壓氣機性能的影響[J];航空動力學(xué)報;2012年04期

2 李英男;;離心式壓縮機的原理與喘振診斷[J];遼寧化工;2011年12期

3 胡海峰;鮑福廷;蔡強;劉e，

本文編號：845568