干燥用風(fēng)機(jī)生產(chǎn)基地「多圖」

干燥用風(fēng)機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，葉片型線的優(yōu)化可能面臨一個(gè)問(wèn)題。不同葉片高度的不同進(jìn)水條件導(dǎo)致葉片型線優(yōu)化結(jié)果差異過(guò)大，難以對(duì)葉片型線進(jìn)行過(guò)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(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系，使得到的輪廓滿足三維實(shí)際要求。在優(yōu)化過(guò)程中，增加了葉片型線的幾何分析和設(shè)計(jì)點(diǎn)氣流角的調(diào)整模塊，以保證獲得的葉片型線能達(dá)到與原型相同的氣流轉(zhuǎn)向能力。同時(shí)，干燥用風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)的氣動(dòng)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(dòng)分析，提高優(yōu)化過(guò)程的快速性。在確定優(yōu)化目標(biāo)時(shí)，綜合考慮了設(shè)計(jì)點(diǎn)的性能和非設(shè)計(jì)條件，干燥用風(fēng)機(jī)對(duì)有效范圍內(nèi)的剖面性能進(jìn)行了研究。目標(biāo)函數(shù)括號(hào)中的項(xiàng)為設(shè)計(jì)點(diǎn)損失，第二項(xiàng)為有效流入流角范圍，邊界為設(shè)計(jì)點(diǎn)損失的1.5倍，第三項(xiàng)為失速裕度，第四項(xiàng)為有效流入流角范圍內(nèi)的平均損失，第五項(xiàng)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(dòng)性能，分母是原型參考值。干燥用風(fēng)機(jī)利用加權(quán)因子w對(duì)截面之間的關(guān)系進(jìn)行加權(quán)，設(shè)置目標(biāo)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(biāo)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。從圖中不難看出，原型直葉片的進(jìn)口具有明顯的正攻角，端彎葉片的載荷由于分離流動(dòng)而減小。

本文列舉了干燥用風(fēng)機(jī)靜音扇葉，說(shuō)明了S1流面優(yōu)化設(shè)計(jì)在風(fēng)機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的作用。根系頂部三個(gè)橫截面的流入條件不同，如表3所示。根部設(shè)計(jì)點(diǎn)的進(jìn)口氣流角較大，干燥用風(fēng)機(jī)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。采用多島遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，種群44，孤島7，代數(shù)7。三個(gè)截面共優(yōu)化了22個(gè)葉片型線參數(shù)，包括較大厚度位置、安裝角度、中弧控制點(diǎn)、吸入面控制點(diǎn)等。當(dāng)優(yōu)化后的葉片型線三維疊加時(shí)，干燥用風(fēng)機(jī)葉片上半部分略微向后彎曲，可能導(dǎo)致優(yōu)化后的定子葉片損失增加。將優(yōu)化后的靜葉恢復(fù)到級(jí)環(huán)境中，得到了三維數(shù)值模擬結(jié)果。在設(shè)計(jì)點(diǎn)流量下，靜葉吸力面邊界層變薄，堵塞面積減小。計(jì)算了級(jí)間環(huán)境下兩葉型風(fēng)機(jī)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。但由于干燥用風(fēng)機(jī)氣流角的匹配問(wèn)題，級(jí)效率沒(méi)有明顯提高，之間失速裕度由27.1%提高到34.9%。針對(duì)葉片高度方向的不均勻進(jìn)口流動(dòng)情況，在詳細(xì)設(shè)計(jì)中采用了端部彎曲技術(shù)來(lái)匹配定、轉(zhuǎn)子葉片之間的流動(dòng)角。葉頂間隙形態(tài)的研究主要集中在離心式、軸流式壓縮機(jī)和渦輪上，而葉頂間隙形態(tài)對(duì)軸流風(fēng)機(jī)特別是動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)性能影響的研究相對(duì)較少。

介紹了一套高負(fù)荷干燥用風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程，包括參數(shù)選擇、葉片形狀優(yōu)化和三維葉片的設(shè)計(jì)思想。在此基礎(chǔ)上，完成了高負(fù)荷軸流風(fēng)機(jī)壓力比1.20的初步設(shè)計(jì)，負(fù)荷系數(shù)高達(dá)0.83。其次，在初步設(shè)計(jì)方案中，通過(guò)對(duì)干燥用風(fēng)機(jī)靜葉多葉高處S1流面剖面的協(xié)調(diào)優(yōu)化，有效地減少了靜葉損失，提高了風(fēng)機(jī)的裕度。同時(shí)，采用三維葉片技術(shù)，提高了定子葉片的端部流動(dòng)，提高了定子葉片端部區(qū)域的工作能力。風(fēng)機(jī)裕度由27.1%擴(kuò)大到48.8%。優(yōu)化葉頂間隙形狀可以有效地提高軸流風(fēng)機(jī)的性能。采用FLUENT軟件對(duì)OB-84動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)在均勻和非均勻間隙下的性能進(jìn)行了數(shù)值模擬，討論了不同間隙形狀對(duì)泄漏流場(chǎng)和間隙損失分布的影響。結(jié)果表明，在平均葉頂間隙不變的前提下，錐形間隙風(fēng)機(jī)的總壓力和于均勻間隙風(fēng)機(jī)，區(qū)范圍擴(kuò)大，錐形間隙越大，性能改善越顯著；63m3_s-1流量范圍內(nèi)，總壓和效率的平均相對(duì)誤差分別為3。錐形間隙改變了間隙內(nèi)渦量場(chǎng)的分布，減少了葉尖泄漏損失，增強(qiáng)了干燥用風(fēng)機(jī)葉片上、中部的功能力。風(fēng)機(jī)的性能低于均勻間隙的性能。錐形葉片的葉尖間隙形狀可以作為提高風(fēng)機(jī)性能的重要手段。

GAMBIT軟件用于干燥用風(fēng)機(jī)模型建立和網(wǎng)格生成。考慮到干燥用風(fēng)機(jī)葉片翼型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和頂部區(qū)域的三維流動(dòng)，首先選擇三角形網(wǎng)格劃分葉片頂部，并利用尺寸函數(shù)對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，以保證干燥用風(fēng)機(jī)網(wǎng)格質(zhì)量。其它區(qū)域的網(wǎng)格劃分為動(dòng)葉區(qū)域網(wǎng)格作為參考，采用結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格。為了保證精度和網(wǎng)格獨(dú)立性，對(duì)原風(fēng)機(jī)在216萬(wàn)、245萬(wàn)、286萬(wàn)和337萬(wàn)網(wǎng)格條件下的性能進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明，隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，總壓和效率逐漸接近樣本值，337萬(wàn)和286萬(wàn)網(wǎng)格的總壓和效率偏差分別為0.085%和0.024%。綜合模擬精度和網(wǎng)格數(shù)確定了所用的總網(wǎng)格數(shù)。這個(gè)數(shù)字是286萬(wàn)。其中動(dòng)葉面積198萬(wàn)片，集熱器、導(dǎo)葉面積和擴(kuò)壓管網(wǎng)格數(shù)分別為30萬(wàn)片、26萬(wàn)片和32萬(wàn)片。在模擬葉尖間隙形狀的變化之前，將原始風(fēng)扇的模擬結(jié)果與參考文獻(xiàn)中的干燥用風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，在33.31-46.63m3_s-1流量范圍內(nèi)，總壓和效率的平均相對(duì)誤差分別為3.0%和1.5%，表明結(jié)果能夠反映風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能。級(jí)效率隨流量系數(shù)的增加而降低，執(zhí)行機(jī)構(gòu)葉片損失隨T進(jìn)口載荷的增加而增加。