不同攻角导叶流动特性及轴流叶轮设计研究

摘要

导叶的作用是产生气流预旋，在叶轮机械领域有广泛的应用。气流攻角对导叶的流场分布有很大影响，因此研究不同攻角下导叶的流动特性是很有必要的。轴流风机在很多行业中都有广泛的应用，所以轴流叶轮设计一直备受欢迎。随着计算机技术的迅速发展，数值模拟成为有效的计算方法。
　　本文以对称导叶为研究对象，由于导叶是对称的，正负预旋的性能是一样的，仅讨论正预旋，研究导叶在不同攻角下的流动特性。模拟结果表明，导叶在30°攻角范围内，周围流场比较均匀，仅在导叶尾缘处产生一对反向漩涡;当攻角大于30°时，导叶的吸力面侧出现严重的流动分离现象。
　　本文在给定流量、压力和电机转速的情况下，设计单叶轮级的轴流风机。通过计算比转数，确定叶轮的轮毂比，计算出压力系数等参数。将叶片分成七个计算截面，按照变环量计算各截面的参数。利用单圆弧中心线的控制方程得到中心线，采用改进的NACA65-206叶型得到所设计的叶型形状，调整叶片各截面的重心在同一半径上，最终得到需要的叶轮。分别通过实验和数值模拟方法探究风机在不同叶片安装角下的性能，结果表明，数值模拟的结果与实验结果是吻合的，并且本文的设计方法是可行的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 背景

1．2 国内外发展现状及发展动态分析

1．3 本文主要研究工作

2 数值模拟的理论基础

2．1 FLUENT软件的基本介绍

2．2 控制方程

2．2．1 质量守恒方程

2．2．2 动量守恒方程

2．2．3 能量守恒方程

2．3 湍流模型

2．4 计算网格

2．5 边界条件及收敛标准

2．6 本章小结

3 进口导叶计算模型的建立及数值模拟

3．1 导叶的调节机理

3．2 计算区域及计算模型的建立

3．3 模型网格的生成

3．4 计算边界条件的选取与设定

3．5 网格自适应技术

3．6 不同攻角导叶流场的数值模拟及流动分析

3．6．1 导叶通道中间截面总压随安装角的变化

3．6．2 不同叶高处速度随安装角的变化

3．6．3 不同叶高处截面流线随安装角的变化

3．6．4 不同导叶安装角对导叶调节性能的影响

3．6．5 不同导叶安装角下导叶表面流线

3．6．6 不同导叶安装角下导叶表面压力分布

3．6．7 不同导叶安装角下导叶压力系数的变化

3．7 本章小结

4．轴流风机叶轮设计及数值研究

4．1 轴流风机叶轮主要设计参数

4．1．1 叶片的空间扭曲规律

4．1．2 全压与环量指数之间的关系

4．1．3 弦长与环量指数之间的关系

4．1．4 叶片空间扭曲规律与环量指数之间的关系

4．2 参数计算及单圆弧叶片设计

4．2．1 叶片各截面的设计参数

4．2．2 单圆弧叶片设计

4．3 叶片造型

4．4 本章小结

5 轴流风机叶轮数值研究及实验研究

5．1 数值计算域及网格划分

5．2 数值结果分析

5．2．1 表面压力分布

5．2．2 截面压力分布

5．2．3 表面速度分布

5．2．4 截面速度分布

5．3 轴流风机叶轮实验研究

5．3．1 设计方案

5．3．2 实验过程

5．3．3 实验数据后处理

5．3．4 数值模拟与实验结果的对比

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢