自诱导尾缘喷气空心转子叶片的性能分析与优化设计

摘要

叶轮机械边界层的分离是引起损失的一个重要方面,有必要对其进行控制。通过尾缘喷气的方式可以控制边界层的分离,从而提高机械效率、降低噪声。本文设计了一种可进行自诱导尾缘喷气的空心转子,并采用数值计算方法研究了其性能。本文研究从以下几方面进行:
　　首先,设计出了空心转子风扇,采用数值模拟方法研究了其流动性能和气动噪声。研究发现,设计出的空心转子风扇和原型风扇的性能均能满足要求,空心转子风扇的流动性能比原型风扇的略差,但其降噪性能优于原型风扇的降噪性能。
　　其次,系统研究了影响空心转子性能的各参数,对多种方案进行了对比。总体来说,各空心转子风扇的流动性能基本接近,降噪特性有所不同,所有风扇的噪声均主要分布在低中频范围内。
　　再次,对空心转子风扇的流动和结构进行了单向耦合计算,对其强度进行了校核。计算结果表明,空心转子风扇的强度较原型风扇的弱,但各空心转子风扇均能满足强度要求,计算还发现空心转子风扇所承受的应力中起主要作用的是离心力。
　　最后,提出了空心转子风扇的优化目标和优化方案,并对优化方案性能进行了验证,结果表明优化方案的性能优于原型风扇和优化前空心转子风扇的性能,但其并非为最优方案。此后,又对优化方案进行了修正,得到了降噪特性最优的方案,该方案空心转子风扇的声压级在各转速下均是最低的。
　　本文的研究成果能够为降低其它叶轮机械的气动噪声提供一种新的思路,为设计自诱导尾缘喷气的叶片提供重要的理论依据。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 尾缘喷气的研究现状

1.3 本文主要工作

2 自诱导尾缘喷气空心转子叶片的设计

2.1 原型风扇叶片的设计

2.2空心转子叶片的设计

2.3数值计算

2.4 本章小结

3 自诱导尾缘喷气空心转子叶片的流动及噪声分析

3.1 基本理论

3.2 叶片内部流道进口对风扇性能的影响

3.3 叶片内部流道出口对风扇性能的影响

3.4 叶片内部流道形状对风扇性能的影响

3.5 本章小结

4 自诱导尾缘喷气空心转子叶片的强度分析

4.1 强度计算基本理论

4.2 原型风扇的强度计算

4.3 叶片内部流道进口对风扇强度的影响

4.4 叶片内部流道出口对风扇强度的影响

4.5 叶片内部流道形状对风扇强度的影响

4.6 本章小结

5 自诱导尾缘喷气空心转子叶片的优化设计

5.1 优化目标与优化方案的提出

5.2 优化方案的性能验证

5.3 优化方案的修正

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献