对旋轴流通风机最优轮毂比的研究

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1、对旋轴流通风机最优轮毂比的研究崔庆友陈中才/沈阳鼓风机通风设备有限责任公司昌泽舟/东北大学摘要：研究了对旋轴流通风机的空气动力特性和结构特点，并根据轴流通风机空气动力学理论，分析了普通轴流通风机的轮毂比对气动性能的影响，对对旋轴流通风机的轮毂比进行了优化分析研究，建立了效率与轮毂比的优化电子表格，通过利用其强大计算功能对在不同轮毂比条件下的效率进行了分析比较，充分考虑了其他结构参数的合理性，确定出最优的轮毂比。关键词：对旋式轴流通风机轮毂比优化设计约束条件中图分类号：TH432.1文献标识码：B文章编号：1006-8155（2006）

2、06-0005-04StudyonHubRatioOptimizationDesignofCounter-rotatingAxialFlowFanAbstract:Theaerodynamicalpropertyandtheconstructionofcounter-rotatingaxialflowfanareresearchedAccordingtothetheoryofaerodynamicsaxialflowfan,thehubratioofcounter-rotatingaxialflowfanisoptimizedandr

3、esearched.OptimizingExcelbetweenefficiencyandhubratioisbuiltup.Afterconsideringtheflow,totalpressure,diffusionfactoretc.,theExcelofefficiencyandhubratioiscreated.WiththepowerfulcalculationfunctionoftheExcel,theefficiencyunderdifferenthubratioisanalyzedandcompared.Others

4、tructuralparameterisfullyconsideredtoo.theoptimumhubratioisconfirmed.Keywords:Counter-rotatingaxialfanHubratioOptimumdesignConstraintconditions1引言随着最优化理论和风机技术的发展，越来越多的风机优化设计方法逐渐应用到风机设计中来。有的学者[1]结合对旋轴流通风机的结构特点，在假设流动为不可压、等环量流型及进出口流速为轴向的条件下，通过基元平面叶栅理论，建立了对旋轴流通风机的优化模型，并用混合罚

5、函数法进行了优化。结果表明：优化结果能为对旋轴流通风机轮毂参数的合理选择提供依据；或在给定最优叶栅稠度和确定的流型这一假设的前提下[2]，对子午流道和总功沿级的分配进行优化控制，建立结构参数的优化数学模型，求解出了满足对旋轴流通风机设计参数的最优轮毂参数。本文旨在研究新的对旋轴流通风机的优化设计方法，将计算机Excel计算程序应用到风机的设计中去，会大大提高设计的实用性，缩短设计的周期、减少步骤和成本，进而设计出高效率、低能耗、适应性强的对旋轴流风机。本文结合对旋轴流通风机的结构特点，在假设流动为不可压、流型按照等环量流型（环量指数为

6、1）来处理及进、出口流速为轴向的条件下，通过孤立翼型理论，建立了对旋轴流通风机的优化模型，用Excel计算程序对对旋轴流通风机进行优化设计，实例表明，优化结果能为选择合理的对旋轴流通风机轮毂比提供依据。2轮毂比优化模型的假设条件（1）风机级中气体流动是不可压缩和理想的稳定流动。（2）级中气体只沿圆柱形表面流动，而无径向流动。（3）风机一级进口、二级出口为轴向流动。3轮毂比优化模型目标函数的建立对旋轴流通风机的全压为两个叶轮全压之和，即，且两个叶轮最佳的理论全压各为风机理论全压的一半，即及。故对旋轴流通风机单级叶轮所产生的理论全压可表示

7、为5（1）对旋轴流通风机压力的主要损失有第一级叶轮的压力损失、第一级叶轮出口的部分旋绕动能损失以及第二级叶轮的压力损失，其效率可表示为（2）对旋轴流通风机的两级叶轮可分别计算效率，然后再求平均值得出风机的总效率，下面分别计算两级叶轮的压力损失及叶轮出口旋绕动能损失。第一级叶轮压力损失为第一级叶轮出口旋绕动能余速损失为式中为余速利用系数，若为1，表明本级的余速动能被下一级全部利用，若为0，表示本级的余速动能全部损失，取为0.7。第二级叶轮压力损失为对旋轴流通风机的总效率为＝(+)/2＝（3）在对旋轴流通风机的流型已优化（采用等环量流型）

8、的情况下，对旋轴流通风机的级效率主要取决于叶轮直径D、径向间隙、轴向间隙、叶栅稠度及轮毂比等结构参数。但是，在实际应用最优化方法求解风机最优结构参数时，从方便计算角度，可由一般气动设计方法选取叶轮直径D、径向间隙、轴向间