离心风机翼型叶片脊状表面的减阻特性及优化研究

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4、5年3月授予学位单位：华北电力大学ClassifiedIndex:TH432U.D.C:621ThesisfortheMasterDegreeStudyonDragReductionCharacteristicsandOptimizationoftheRibletStructureforCentrifugalFanAerofoilBladeSurfaceCandidate：HaoXiaofeiSupervisor：WuZhengrenSchool：SchoolofEnergyPowerandMechanicalEngineer

5、ingDateofDefence：March,2015Degree-Conferring-Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity摘要摘要能源问题是伴随着我国乃至世界各国国民经济发展的最重要问题之一。节约能源措施本身，已被专家视为“第五能源”，可以大大节省常规能源开发的投资。而对于流体机械，因黏性作用，流体在流道内流动时会在机械表面产生摩擦阻力，造成流动损失，对机械性能产生影响。脊状结构减阻技术源于仿生学的研究，通过在对象表面布置一定形状的脊状结构，能够有效的减小摩擦阻力。本文

6、采用数值模拟方法，对脊状结构在平板表面和G4-73型离心风机翼型叶片表面的减阻特性进行了研究，并依据脊状结构在平板表面的减阻数据的分析及优化结果，对脊状结构在离心风机翼型叶片表面的减阻特性进行了分析及其优化研究。研究结果表明，脊状结构在平板表面是可以达到较好的减阻效果的，其中“h=s=0.1mm、d=0”的脊状结构减阻效果最为明显，最大减阻率可达3.02%，对应黏性减阻率可达40.53%。相比于光滑表面，脊状表面增加了压差阻力，减小了黏性阻力。压差阻力随脊状结构间隔尺寸的增加而减小，黏性阻力随间隔尺寸的增加而增大。在平板表面的

7、脊状结构沟槽内，形成了稳定的二次涡，这些涡起到了类似“滚动轴承”的作用，减小了阻力。脊状表面的涡量、湍动能和湍流强度、壁面剪切应力以及压损都低于光滑表面，定性地反映了其具有的减阻效果。小尺寸的脊状结构的减阻效果较好，减小间隔尺寸可以明显地减小壁面剪切应力，同时增加了涡的数量，对应的黏性减阻效果也增强。脊状结构在翼型叶片表面也达到了较好的减阻效果，其作用机理与平板表面类似。其中最大减阻率在脊状结构尺寸为h=s=d=0.1mm时取得，可达9.65%，对应黏性减阻率可达30.84%，但是当其间隔尺寸d=0时，有更好的普适性。此外，h

8、=s=0.2mm的脊状结构也具有较好的减阻效果。翼型模型的减阻数据以及各项湍流参数均表明，其在翼型表面能够取得更好的减阻效果。本文研究结果可为工程实际中工作机械表面的优化改型及性能改善提供参考依据。关键词：脊状结构；减阻特性；翼型叶片；数值模拟；优化研究I华北电力大学硕士学位