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發布時間: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化結果差異過大,難以對葉片型線進行過度優化。為此,本文提出了多截面輪廓協同優化的方法,建立了輪廓幾何與輪廓目標函數之間的關系,使得到的輪廓滿足三維實際要求。在優化過程中,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向能力。軸向速度分布可以反映轉子葉片流道內的流動能力和分離尾跡區的特征。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,可以以罰函數的形式盡快完成葉型的氣動分析,提高優化過程的快速性。在確定優化目標時,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的剖面性能進行了研究。目標函數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因子w對截面之間的關系進行加權,設置目標函數,得到損失小、失速裕度高的多截面S1剖面。各參數的權重和各截面的權重系數決定了優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。由于轉子葉片泄漏流的影響,頂部馬赫數較小,工作范圍較大。通過與初步三維設計結果的比較,兩種設計方案的氣動參數徑向分布一致,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化,種群44,孤島7,代數7。三個截面共優化了22個葉片型線參數,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,可能導致優化后的定子葉片損失增加。將優化后的靜葉恢復到級環境中,得到了三維數值模擬結果。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來匹配定、轉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子葉片流道內的流動能力和分離尾跡區的特征。因此,轉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。