[发明专利]一种低压轴流式通风机叶轮叶片的优化方法

说明书

本发明公开了一种低压轴流式通风机叶轮叶片的优化方法。低压轴流式通风机应用广泛，但存在全压低，风量大，叶轮效率低的问题。本发明在待优化叶轮模型的一枚叶片上沿着叶轮径向截取n个截面，得到n个截面的弦长b_i、出口几何角β_2A(i)及进口气流角β_1(i)。绘制草图，草图包括第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段、第六线段、第一圆弧、第二圆弧、第七线段和第八线段。第一圆弧和第二圆弧组成新型线。根据新型线得到n个新的截面，根据n个新的截面得到优化后的叶轮模型。本发明只需知道待优化叶片截面的弦长、进口气流角和出口几何角，就能够对低压轴流式通风机的性能进行优化，大缩短了设计时间和成本。

技术领域

本发明属于通风机叶轮技术领域，具体涉及一种低压轴流式通风机叶轮叶片的优化方法。

背景技术

低压轴流式通风机作为通风、暖通、冷却、空调和输运等工业设备和家用电器的主要动力，得到广泛应用。轴流风机的气动特点是全压低，风量大，叶轮效率低，原因是其叶片和管道之间有间隙，叶顶有二次流，叶根与轮毂相连，分离流也很严重，叶根和叶顶附近有大量的漩涡，甚至回流，造成很大的流动损失。

在轴流通风机中，气流经过叶片时的压力损失是非常复杂的，沿叶片高度的压力损失分布是不均匀的。在叶片平均半径处，压力损失比较小，而且压力损失主要集中在叶片尾流中很窄的区域里；在靠近叶片平均半径的叶道中间部分，压力损失也都比较小，而且比较均匀；但在靠近轮毂和机壳附近，压力损失的区域扩大了，而且压力损失的数值也有所增加。那是由于当气流流过叶道时，气流与叶片间存在相对运动，于是它们之间有了作用力，而且叶片凹面的压力要大于叶片凸面的压力。因此，在相邻的两个叶片之间，从一个叶片的凹面到另一个叶片的凸面之间存在横向压力梯度，这个横向压力梯度随着升力系数的增加而增大。另一方面，气流是以曲线运动形式经过叶栅的，于是产生了离心力，该离心力的方向是从一个叶片的凸面指向相邻叶片的凹面。在沿着叶片高度的中间部分，相邻叶片之间的横向压力梯度与气流的离心力所平衡，所以气流不会产生横向方向的流动。但是在叶片根部和顶端情况则不同。例如，在叶片根部，轮毂表面附面层里的气流压力与附面层外面的气流压力是相同的，而附面层里面的气流速度随着向轮毂表面的接近而降低，并且趋向于零。因而在附面层里面存在着横向压力梯度，但是却没有或者很少有气流的离心力，于是附面层的横向梯度压力不能被平衡，附面层内的气体会出现从一个叶片的凹面流向相邻叶片的凸面的横向流动，在叶片凹面附近的附面层里的压力有所降低，而在相邻叶片的凸面附近，压力却有所增加，于是形成了漩涡。这些漩涡被主气流所带走，在叶片尾端的后面，这些漩涡逐渐转变为热能损耗掉，这种损失在叶片根部和顶端都有。所以轴流风机的设计和优化的目标就是要减小径向速度，使轴向速度更加均匀，提升轮毂和轮盖处的轴向速度，并提升叶片的做功能力等，从而使风机效率和全压得到提升。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低压轴流式通风机叶轮叶片的优化方法。

本发明的步骤具体如下：

步骤一、建立待优化的叶轮模型。叶轮的轮毂侧壁与叶片外端的间距为n×s。在该模型的一枚叶片上取垂直叶轮径向的n个截面及该n个截面对应的型线，相邻两个截面间距均为s，最内侧的截面与轮毂侧壁相切，3≤n≤20。分别测出n个截面的弦长b_i，i＝1,2,3,…,n，及出口几何角β_2A(i)，i＝1,2,3,…,n。去除模型中所有的倒角及圆角，得到简化模型。用网格划分软件对简化模型进行网格划分及数值模拟计算，得到待优化叶轮模型的全压及n个截面进口处的三个速度分量；根据三个速度分量画出速度三角形，从而得到n个截面的进口气流角β_1(i)，i＝1,2,3,…,n。将待优化叶轮模型的全压值赋值给Z1。

步骤二、将1赋值给i。