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風(fēng)機(jī)初步設(shè)計完成后,耐高溫軸流排風(fēng)機(jī),本文的氣動設(shè)計流程在初步設(shè)計中進(jìn)一步優(yōu)化了S1流面上葉片和葉片的三維疊加,從而完成了詳細(xì)的氣動設(shè)計,達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)。除求解三維流場的N-S方程外,其余部分由氣動中心自己的程序完成,烘干機(jī)風(fēng)扇,保證了過程的平穩(wěn)、快速。流量系數(shù)的選擇通過改變速度三角形的軸向速度來影響轉(zhuǎn)子和定風(fēng)機(jī)葉片的擴(kuò)散系數(shù)。隨著流量系數(shù)的增大,定、轉(zhuǎn)子葉片的擴(kuò)散系數(shù)均減小。本文的初步設(shè)計方案設(shè)置為圖3中箭頭所示的方案,限制為0.55。同時,風(fēng)機(jī)的流量系數(shù)的選擇對級效率有影響:級效率隨動、靜葉進(jìn)口馬赫數(shù)的增加而降低;級效率隨流量系數(shù)的增加而降低,執(zhí)行機(jī)構(gòu)葉片損失隨T進(jìn)口載荷的增加而增加。轉(zhuǎn)子和定子葉片,而轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)口馬赫數(shù)略有增加,導(dǎo)致級效率提高;定子進(jìn)口馬赫數(shù)隨反應(yīng)性降低而增加,導(dǎo)致定子損失增加。同時,反應(yīng)性的大小意味著轉(zhuǎn)子和定子葉片需要達(dá)到的靜壓上升的大小。隨著反應(yīng)性的增加,動葉擴(kuò)壓系數(shù)增大,靜葉擴(kuò)壓系數(shù)隨反應(yīng)性的減小而增大。本文選取一定的反應(yīng)性使轉(zhuǎn)子和定子葉片的擴(kuò)散系數(shù)基本相同。
GAMBIT軟件用于風(fēng)機(jī)模型建立和網(wǎng)格生成。考慮到風(fēng)機(jī)葉片翼型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和頂部區(qū)域的三維流動,首先選擇三角形網(wǎng)格劃分葉片頂部,并利用尺寸函數(shù)對網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化,以保證風(fēng)機(jī)網(wǎng)格質(zhì)量。其它區(qū)域的網(wǎng)格劃分為動葉區(qū)域網(wǎng)格作為參考,采用結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格。為了保證精度和網(wǎng)格獨(dú)立性,對原風(fēng)機(jī)在216萬、245萬、286萬和337萬網(wǎng)格條件下的性能進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明,木材干燥窯風(fēng)機(jī),隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加,總壓和效率逐漸接近樣本值,337萬和286萬網(wǎng)格的總壓和效率偏差分別為0.085%和0.024%。綜合模擬精度和網(wǎng)格數(shù)確定了所用的總網(wǎng)格數(shù)。這個數(shù)字是286萬。其中動葉面積198萬片,集熱器、導(dǎo)葉面積和擴(kuò)壓管網(wǎng)格數(shù)分別為30萬片、26萬片和32萬片。在模擬葉尖間隙形狀的變化之前,將原始風(fēng)扇的模擬結(jié)果與參考文獻(xiàn)中的風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,在33.31-46.63m3_s-1流量范圍內(nèi),總壓和效率的平均相對誤差分別為3.0%和1.5%,表明結(jié)果能夠反映風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能。
根據(jù)以往對風(fēng)機(jī)亞音速定子葉片的研究,前緣彎曲用于匹配迎角[20],根部彎曲高度為20%,端部彎曲角度為20,頂部彎曲高度為30%,端部彎曲角度為40,如圖18左側(cè)所示。彎曲高度和彎曲角度的選擇是基于流入流的流動角度條件:如圖5中藍(lán)色箭頭所示,定子葉片的流入角度受上游動葉片的影響,風(fēng)機(jī),靠近端壁有兩個不符合主流分布趨勢的區(qū)域,而彎曲高度末端彎板的T應(yīng)覆蓋與流動角度匹配的區(qū)域;末端彎板角度的選擇基于區(qū)域和主流流動角度之間的差異。
根據(jù)前面的研究,風(fēng)機(jī)前緣彎曲的定子葉片可以有效地消除流入攻角,但葉片的局部端部彎曲會導(dǎo)致葉片局部反向彎曲的形狀效應(yīng)。在保證端部攻角減小的同時,定子葉片端部的阻塞量增大,損失增大。在端部彎曲建模的基礎(chǔ)上,適當(dāng)疊加葉片正彎曲建模,可以減小端部攻角,保證定子葉片和級間的有效流動。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計的方法,得到了合適的前彎參數(shù):風(fēng)機(jī)彎曲高度60%,輪轂彎曲角度40,翼緣彎曲角度20,基本符合以往研究得出的彎曲葉片設(shè)計參數(shù)選擇規(guī)則。不同葉柵的吸力面徑向壓力梯度和出口段邊界層邊界的徑向壓力梯度可以很好地進(jìn)行比較。在帶端彎和正彎葉片的三維復(fù)合葉片表面,存在兩個明顯的徑向壓力梯度增大區(qū)域,形成從端彎到流道中徑的徑向力,引導(dǎo)風(fēng)機(jī)葉片表面邊界層的徑向重排。從出口段附面層的邊界形狀可以看出,復(fù)合三維葉片試圖使葉片的徑向附面層均勻化,消除了葉片角部區(qū)域的低能流體積聚,對提高葉片邊緣起到了明顯的作用。
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