短风筒轴流风机非稳态旋转流场研究

摘要

短风筒轴流风机在生产生活中应用广泛。由于风机的进出口风筒均较短，叶轮工作造成流场旋转和波动，导致风量和断面风压测量存在较大困难。研究短风筒内波动流场的压力和流速分布规律对于指导风量和断面风压的测量具有重要意义。
　　本文通过实验测量了某型号轴流风机在短风筒内叶轮前壁面静压和风筒出口截面不同半径处动压，按实验条件构建了数值模型，分析了流场中多个截面不同半径处压力和流向角的波动规律、周期性影响因素以及在风筒径向和轴向上的分布。研究了截面平均压力与壁面压力之间的关系及其在风筒轴向方向上的变化规律。该型号风机的直径为2.4m，4个叶片，转速为300r/min。风筒长度2.485m，其中叶轮入口前0.6m，入口后1.885m。研究表明，在旋转叶轮的作用下，短风筒内流场中多个截面上不同半径处的压力都表现出周期性波动，波动周期相同，轴向方向上离叶轮越近的地方，波动幅值越大。对波动频率进行分析，发现线性谱上峰值最大的频率与转速和叶片数的乘积有关；风筒内叶轮入口前，各截面的波动压力峰、谷值径向分布在0.83R（R为风筒半径）附近出现最低值；整个风筒内，多个截面上不同半径处流向角具有一致的周期性，离叶轮区域轴向距离越远的地方，波动幅值越小。叶轮入口后距离0.5D（D为风筒直径）截面上，轴向、径向、周向三个流向角波动幅度皆小于5°。研究发现，叶轮入口前，截面平均压力与壁面压力的比值在0.9左右。叶轮入口后距离大于0.5D的地方，截面平均压力和壁面压力的比值稳定在1.2左右。

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1 绪 论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3 本文所做工作

2 风筒内流场实验

2.1 试验装置及方法

2.2实验结果

2.3 本章小结

3 数值模型建立及结果验证

3.1数值模型

3.2流体力学基本控制方程

3.3湍流模型

3.4 离散格式及求解方法

3.5计算条件设置

3.6 网格划分

3.7数值模型验证

3.8 本章小结

4 风机内流场及非稳态压力分析

4.1风机内流场分析

4.2风筒前后非稳态压力研究

4.3 各截面峰谷压力径向分布

4.4风筒内各截面平均压力

4.5平均压力与壁面压力的关系

4.6本章小结

5 风筒内非稳态速度研究

5.1研究方法及定义

5.2 流向角非稳态波动情况分析

5.3 流向角沿风机轴向变化

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1全文研究工作总结

6.2研究展望

致谢

参考文献