[发明专利]一种低压轴流式通风机叶轮叶片的优化方法

摘要

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。

主权项

1.一种低压轴流式通风机叶轮叶片的优化方法，其特征在于：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bi，i＝1,2,3,…,n，及出口几何角β2A(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β1(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；步骤三、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；第一线段与第二线段互为平行线，第三线段的两端端点分别在第一线段和第二线段上，第三线段的长度为bi；第四线段与第六线段分别设置在第五线段的两侧，第四线段、第六线段的一端端点与第三线段的两端端点分别重合；第四线段的另一端端点与第五线段的一端端点重合，且第四线段与第五线段等长；第六线段的另一端端点在第五线段上；第五线段与第三线段相交；第一圆弧的圆心为第四线段与第五线段的交点，两端点分别为第四线段与第五线段的不重合端点；第二圆弧的圆心为第五线段与第六线段的交点，两端点分别为第五线段与第六线段的不重合端点；第一圆弧在第二圆弧的顺时针方向上；第七线段与第一圆弧在第四线段端点上的切线重合，第七线段与第一线段的夹角为β1(i)，第八线段与第二圆弧在第六线段端点上的切线重合，第八线段与第二线段的夹角为β2A(i)；第七线段与第八线段的夹角为θc，求得θc＝β2A(i)‑β1(i)；第六线段与第五线段的夹角为X1，取X1＝0.6θc，第四线段与第五线段的夹角为X2，取X2＝0.4θc；第三线段与第七线段的夹角为X2，第三线段与第八线段的夹角为X1；步骤四、第一圆弧和第二圆弧组成新型线；对新型线叠加厚度值a，1mm≤a≤6mm，得到圆弧形截面；或在翼型数据库选取一种翼型，得到翼型截面的厚度分布，翼型截面的厚度分布结合新型线得到翼型截面；将所得的圆弧形截面或翼型截面记录为第i个截面；步骤五、i增大1，若i≤n，重复步骤三和四，重复过程中步骤四所得截面均为圆弧形截面或均为翼型截面；否则，进入下一步骤；步骤六、将所得的n个截面每相邻两个截面间距s平行设置，并放入两个同轴且半径差为n×s的圆柱面之间；n个截面的几何中心均在一条垂直于n个截面的直线上，且该直线垂直相交于两圆柱面的轴线；n个截面根据弦长大小依次排布，且弦长最长的截面位于最内侧；弦长最长的截面与直径较小圆柱面相切；n个截面的第一线段相互平行，并与两圆柱面的轴线垂直；n个截面的第一线段位于同一侧；根据n个截面得到叶片雏形；延伸叶片雏形的两端，使得叶片雏形的外端完全穿过直径较大圆柱面，叶片雏形的内端完全穿过直径较小圆柱面；两圆柱面之间的叶片雏形即为优化后叶片；以两圆柱面轴线为阵列中心，沿圆周均布阵列出m枚叶片，4≤m≤10；为m枚叶片绘制轮毂，得到优化后的叶轮模型；步骤七、在步骤六所建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，相邻截面间距均为s，最内侧的截面与轮毂侧壁相切；分别测出n个截面的弦长bi，i＝1,2,3,…,n，及出口几何角β2A(i)，i＝1,2,3,…,n；去除步骤六所建模型中所有的倒角及圆角，得到新简化模型；用网格划分软件对新简化模型网格划分，并进行数值模拟计算，得到步骤六所建模型的全压及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β1(i)，i＝1,2,3,…,n；将步骤六所建模型的全压值赋值给Z2；步骤八、若Z2减去Z1所得值大于k，3Pa≤k≤8Pa，将Z2的值赋值给Z1，并重复步骤二、三、四、五、六和七；否则，优化结束。