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發布時間:2021-01-09 14:04  
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烘干供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。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。同時,烘干供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,烘干供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。烘干供風機利用加權因子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。

GAMBIT軟件用于烘干供風機模型建立和網格生成。考慮到烘干供風機葉片翼型結構的復雜性和頂部區域的三維流動,首先選擇三角形網格劃分葉片頂部,并利用尺寸函數對網格進行細化,以保證烘干供風機網格質量。其它區域的網格劃分為動葉區域網格作為參考,采用結構化/非結構化混合網格。為了簡化計算過程,將計算假設為無粘性和恒定絕熱,忽略了實際渦輪機械中的三維、非定常和粘性流動特性,引入了葉排損失來表示葉柵中流體粘度的影響。為了保證精度和網格獨立性,對原風機在216萬、245萬、286萬和337萬網格條件下的性能進行了模擬。結果表明,隨著網格數量的增加,總壓和效率逐漸接近樣本值,337萬和286萬網格的總壓和效率偏差分別為0.085%和0.024%。綜合模擬精度和網格數確定了所用的總網格數。這個數字是286萬。其中動葉面積198萬片,集熱器、導葉面積和擴壓管網格數分別為30萬片、26萬片和32萬片。在模擬葉尖間隙形狀的變化之前,將原始風扇的模擬結果與參考文獻中的烘干供風機性能進行了比較。結果表明,在33.31-46.63m3_s-1流量范圍內,總壓和效率的平均相對誤差分別為3.0%和1.5%,表明結果能夠反映風機的實際性能。
當烘干供風機葉頂間隙形狀發生變化時,不可避免地會引起葉頂及其附近的吸力面和壓力面流場的分布。由于葉尖間隙的存在,泄漏流將與通道內的主流混合,在吸入面頂角形成泄漏旋渦。烘干供風機與方案3相比,方案2具有幾乎相同的區范圍,但葉尖間隙較大,有利于防止動靜部件之間的摩擦,而方案6具有明顯的性能退化,易于分析其損耗機理。在此基礎上,模擬了烘干供風機、類型和位置對軸流風機性能的影響,指出在設計流量下,葉頂雙槽結構具有較佳的氣動性能,風機效率提高了1。為此,分析了三種葉尖間隙:均勻間隙、方案2和方案6。旋渦是描述旋渦運動的重要特征量,其大小可以反映旋渦的強度。在間隙均勻的情況下,渦量分布從葉片前緣到后緣呈下降趨勢,流入量能有效地粘附在吸力面上,因此烘干供風機渦量相對較小。由于主流與泄漏流的相互作用,葉片頂端的渦度比吸力面大得多,較大渦度出現在吸力面拐角處和葉片頂端附近。中間葉片頂部渦度強度明顯增大,這是由于間隙收縮導致葉片前緣泄漏面積增大,導致泄漏流量增大,主流與泄漏流量的混合程度增大,渦度強度增大。烘干供風機葉尖間隙的大小沿流動方向減小,即葉片葉尖越靠近殼體,泄漏旋渦越靠近葉片上部和中部。副作用減少。