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發(fā)布時間:2021-01-10 05:00  
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烘干設備專用風機在實際應用過程中,葉片型線的優(yōu)化可能面臨一個問題。不同葉片高度的不同進水條件導致葉片型線優(yōu)化結(jié)果差異過大,難以對葉片型線進行過度優(yōu)化。為此,本文提出了多截面輪廓協(xié)同優(yōu)化的方法,建立了輪廓幾何與輪廓目標函數(shù)之間的關(guān)系,使得到的輪廓滿足三維實際要求。在優(yōu)化過程中,增加了葉片型線的幾何分析和設計點氣流角的調(diào)整模塊,以保證獲得的葉片型線能達到與原型相同的氣流轉(zhuǎn)向能力。軸向速度分布可以反映轉(zhuǎn)子葉片流道內(nèi)的流動能力和分離尾跡區(qū)的特征。同時,烘干設備專用風機設計點的氣動性能滿足一定要求,否則,可以以罰函數(shù)的形式盡快完成葉型的氣動分析,提高優(yōu)化過程的快速性。在確定優(yōu)化目標時,綜合考慮了設計點的性能和非設計條件,烘干設備專用風機對有效范圍內(nèi)的剖面性能進行了研究。目標函數(shù)括號中的項為設計點損失,第二項為有效流入流角范圍,邊界為設計點損失的1.5倍,第三項為失速裕度,第四項為有效流入流角范圍內(nèi)的平均損失,第五項為平均損失差的方差。有效流入角范圍內(nèi)的分布。分子是分析葉片外形的氣動性能,分母是原型參考值。烘干設備專用風機利用加權(quán)因子w對截面之間的關(guān)系進行加權(quán),設置目標函數(shù),得到損失小、失速裕度高的多截面S1剖面。各參數(shù)的權(quán)重和各截面的權(quán)重系數(shù)決定了優(yōu)化目標是集中于中間截面的性能,以及中間截面的損失和末端截面的失速裕度。

本文列舉了烘干設備專用風機靜音扇葉,說明了S1流面優(yōu)化設計在風機詳細設計過程中的作用。根系頂部三個橫截面的流入條件不同,如表3所示。根部設計點的進口氣流角較大,烘干設備專用風機工作范圍不同于其它兩段。由于轉(zhuǎn)子葉片泄漏流的影響,頂部馬赫數(shù)較小,工作范圍較大。通過與初步三維設計結(jié)果的比較,兩種設計方案的氣動參數(shù)徑向分布一致,證實了烘干設備專用風機設計過程中S2流面設計的準確性和可靠性。采用多島遺傳算法進行優(yōu)化,種群44,孤島7,代數(shù)7。三個截面共優(yōu)化了22個葉片型線參數(shù),包括較大厚度位置、安裝角度、中弧控制點、吸入面控制點等。當優(yōu)化后的葉片型線三維疊加時,烘干設備專用風機葉片上半部分略微向后彎曲,可能導致優(yōu)化后的定子葉片損失增加。將優(yōu)化后的靜葉恢復到級環(huán)境中,得到了三維數(shù)值模擬結(jié)果。在設計點流量下,靜葉吸力面邊界層變薄,堵塞面積減小。計算了級間環(huán)境下兩葉型風機特性線和兩定子葉片變攻角特性線。從圖17可以看出,定子葉片損失減小,裕度增大,這與不同截面的S1流面性能分析結(jié)果相似。但由于烘干設備專用風機氣流角的匹配問題,級效率沒有明顯提高,之間失速裕度由27.1%提高到34.9%。針對葉片高度方向的不均勻進口流動情況,在詳細設計中采用了端部彎曲技術(shù)來匹配定、轉(zhuǎn)子葉片之間的流動角。
烘干設備專用風機葉尖渦度的增大可以有效地阻礙泄漏流的通過,使烘干設備專用風機泄漏流與主流混合造成的損失減小,葉片前緣泄漏量的增加小于中、后緣泄漏量的增加。總體上,漏風量減少,提高了風機的性能。這與參考文獻中得到的前、后緣對烘干設備專用風機總壓損失系數(shù)的影響是一致的。隨著間隙的逐漸增大,葉頂前部的渦度強度增大,后緣的渦度強度減小,總體變化較小,泄漏量略有增加。在S2流面設計中,烘干設備專用風機采用流線曲率法對S2流面進行了流量計算。葉片吸力前緣中部渦度強度略有增加,沿弦長方向吸力面中部和后部渦度強度基本不變。烘干設備專用風機葉片前緣附近的渦度強度急劇增加。這是由于前緣點高度的變化導致的葉尖流動角度的變化。前緣點渦度強度的增加阻礙了吸力面附近的流入,也降低了主流與泄漏流的混合程度。雖然方案6的進風速度有所降低,但由于葉頂和后緣附近的渦度強度降低,烘干設備專用風機效率總體降低,相應的泄漏面積和泄漏流量增大。軸向速度分布可以反映轉(zhuǎn)子葉片流道內(nèi)的流動能力和分離尾跡區(qū)的特征。因此,轉(zhuǎn)子葉片出口軸向速度分布的徑向分布如圖6所示,用于分析流量。由于葉根和葉頂端壁附件的附面層較厚,導致流體流過該區(qū)域后的軸向速度較小,而葉頂附件又因泄漏存在使軸向速度進一步減小。