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1、2006年第34卷第6期流体机械13文章编号:1005—0329(2006)06—0013—03设计计算子午加速轴流风机的全三维优化设计陈海生,谭春青,梁锡智(中国科学院工程热物理研究所,北京100080)摘要:采用流场结构分析和叶片造型调整结合的全三维优化设计方法,对子午加速轴流风机进行了优化设计。结果表明:在不改变风机外径、转速和间隙的情况下,风机的性能得到大幅改善,设计工况下风机效率达到83.3%,提高了18.2%;风机的内部流场合理,没有明显的分离和回流;风机出口全压分布均匀,除叶片尾迹外无明显低压区;同时,风机
2、的性能曲线比较平滑,变工况性能好;经性能实验验证,优化设计后的风机各项指标均达到了设计要求,说明该风机的全三维优化设计是成功的。关键词:轴流风机;三维;优化设计中图分类号:TH432文献标识码:AFullThreeDimensionalOptimizationDesignofAxialFanwithMeridionalAccelerationCHENHai-sheng,TANChun-qing,LIANGXi-zhi(InstituteofEngineeringThermophysics,ChineseAcademyof
3、Sciences,Beijing100080,China)Abstract:Threedimensionaloptimizationdesignofanaxialfanwithmeridionalaccelerationisconductedbythemethodoffullthreedimensionaloptimizationdesignbasedontheflowanalysisandbladeprofilemodification.Theresultsshowthattheperformanceofthefani
4、simprovedsignificantlywithoutchangesofdiameter,rotationspeedandclearance.Theefficiencyofthefanatdesignedconditionis83.3%improvedby18.2%.Theinternalflowfieldofthefanisreasonablewithoutobviousseparationsandbackflows.Thetotalpres-suredistributionatoutletisquietunifo
5、rmexceptthelowpressureregioninthewake.Theperformanceofthefanatdifferentflowrateisfinewiththesmoothperformancecurve.Thethreedimensionaloptimizationdesignoftheaxialfanissuccessfulvalidatedbytheexperi-mentalresults.Keywords:axialfan;threedimensional;optimizationdesi
6、gn1引言速轴流风机在建筑、矿山、冶金、交通、石油化工和[1～4]农业等行业得到了广泛应用。子午加速轴流风机的子午流道呈收缩形状,文献[5]对某企业正在生产的子午加速轴流使流体加速而减少流动分离,提高风机效率。同风机的性能和流场进行了详细的实验和数值研时,子午加速技术还有利于抑制转子顶端泄漏涡究,结果表明该风机内部存在较严重的旋涡和分的破裂,使风机的噪声与相同流量和压头的轴流离,风机的性能远低于设计目标,在设计工况3风机相比较低。另一方面,流体在轴向倾斜的回8000m/h下,效率只有65.1%。受该企业委托,转面内流动,
7、离心力可以有效地对流体作功,因此本文基于三维粘性CFD的计算结果,对该子午加子午加速技术还有利于设计时采用较高的压力系速轴流风机进行了全三维优化设计。在不改变风数,克服轴流风机压头小的不足等。因此,子午加机外形、转速、风量和风压等主要特征参数的情况收稿日期:2005—08—31基金项目:国家自然科学基金项目(10577019)、中科院优秀博士论文专项基金、中国科学院百人计划资助项目14FLUIDMACHINERYVol.34,No.6,2006下,使风机的性能得到较大幅度的提高。定风机外径、转速、风量和风压的情况下,以叶
8、片安装角、叶片数、叶型为自变量,以风机的效率为2设计要求和参数优化目标函数。先进行转子的优化设计,再根据转子的流场计算结果进行静子的优化设计,直到根据企业要求,该子午加速轴流风机将主要达到设计要求为止。必须指出,这种设计方法得用于城市高层建筑的消防排烟。在正常情况下,到的结果并不一定是最优解,风机的性能还有进风机用于
