低压轴流风机的气动设计及参数化建模

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1、计算机应用低压轴流风机的气动设计及参数化建模张师帅*仇生生黄书才/华中科技大学能源学院中图分类号：TH432.1文献标志码：B采用变环量流型对低压轴流风机进文章编号：1006-8155（2012）01-0054-04行设计时，子午面的计算可以采用流线AbstractAerodynamicDesignand曲率法，有限差分法等，但是这些方法的ParametricModelingofLow计算量很大，而在叶间径向平衡方程基■摘要：采用变环量PressureAxial-flowFan础上加入驱动盘扰动影响的驱动盘法的流型对低压轴流风机[2]Abstract:Thevariablecirculati

2、onflow计算量较小，适用性较强。进行了气动优化设计，同时利用VisualpatternisusedfortheaerodynamicCAD-CFD耦合技术已经成为轴流Basic6.0对三维建模optimaldesignofthelowpressure风机设计过程中不可缺少的一个环节。软件SolidWorks进行axial-flowfan,andtheVisualBasic6.0is由于轴流风机叶片型式多样，建模过程usedtobuildtheparameterizationmodel较为复杂，因此利用VisualBasic6.0对三二次开发，实现轴流维建模软件SolidWorks进行二次

3、开发，实风机的参数化建模，oftheaxial-flowfanbythesecondary现轴流风机的参数化建模，大大缩短建为后续气动性能和噪developmentofSolidWorks3Dsoftware.[3-4]模时间。声分析奠定基础。Thisworkcanbuildagoodfoundationfor■关键词：低压轴流thefollow-upanalysisoftheaerodynamic1气动设计风机；气动设计；performanceandnoise.SolidWorks；二次开Keywords:lowpressureaxial-flow1.1径向平衡方程和流型发；建模fan;a

4、erodynamicdesign;SolidWorks;假定介质流动为理想稳定流动，与外界没有热交换并忽略重力的影响，则secondarydevelopment;modeling叶间气流的径向平衡方程为：0引言（1）在轴流风机的传统设计方法中，使式中：Δp为风机全压；ρ为密度；v为速度；用最多的是等环量流型。等环量流型相r为径向坐标；下标θ和z分别代表周向和对比较简单，并且具有无旋运动的形式，轴向。效率比较高。但等环量流型也存在明显轴流风机设计中的流型通常采用流的缺点，叶片扭曲严重，沿半径方向相对体在圆周方向分量沿半径方向的分布来速度增加较快，对于气体介质来说，这将表示，一般形式为：使马赫数

5、增大。相对于需要提高效率、降低噪声的低压轴流风机来讲，变环量[1]式中：C为常数，α为变环量指数，其取值流型则能更好地满足设计要求。*张师帅/黄石东贝电器博士后工作站收稿日期：2011-08-28湖北武汉43007454范围为：-1.0~1.0。若α=1.0，，为等环式中vz1为叶栅前气流轴向速度；vz2为叶栅后气流轴向速度；Δz为计算站到驱动盘的距离；l为叶片量流型；若α=-1.0，，为“强迫漩涡”流型。高度。风机的流量系数定义为Φ：1.2驱动盘方法假定流管半径很小，驱动盘到平衡站之间旋Φ绕速度的变化也很小，且忽略叶片效率沿半径的式中Q为风机流量。变化，则欧拉方程可表示成：当风机只有转子的

6、时候（不存在前后导叶），（2）计算站上无因次扰动后的速度：转子上游的值：式中ω为角速度，ηR为轮盘效率。将式（2）代入式（1），并整理得：转子下游的值：任意流型的环量vθr沿着半径的变化规律可1.3气动设计程序实现以用抛物线近似为：利用VisualBasic6.0程序语言编程实现低压轴流风机的气动设计，其程序框图见图1。利用叶轮顶部半径rt和圆周速度ut对以上各参数进行无因次化：则有：（3）（4）将式（3）代入式（4）后积分整理得无因次的轴向速度：式中下标h代表轮毂处的值。a、b、c的表达式为：a=A/ωb=B/（ω×rt/2）2c=C/[ω×（rt/2）]式中A、B、C为可变参数，用于调整

7、vθr的分布规律。图1轴流风机气动设计的程序框图气流经过叶栅（驱动盘）后，速度场发生了扰动，其扰动大小由下式确定：2参数化建模（5）考虑到噪声水平的要求，低压轴流风机的叶55计算机应用片大多采用弯掠叶片，又加上叶片翼型众多，因AssemblyDoc对象可用来实现装配功能，对而建模过程较为复杂；为此，利用VisualBasic6.0应于SolidWorks软件的装配模块。对三维建模软件SolidWorks进行二