為了探索大負(fù)荷大流量風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)和內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理，本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)烘干機(jī)配套風(fēng)機(jī)，其壓力比為1.20，負(fù)荷系數(shù)為0.83。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。詳細(xì)研究了流量系數(shù)、反力等設(shè)計(jì)參數(shù)的影響規(guī)律，給出了相應(yīng)的選擇原則。分析了葉片負(fù)荷調(diào)節(jié)、葉片彎曲和葉片端部彎曲對(duì)葉柵流動(dòng)、級(jí)匹配和級(jí)性能的影響，給出了高負(fù)荷軸流風(fēng)機(jī)三維葉片設(shè)計(jì)的基本原則。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了S1流面協(xié)同優(yōu)化方法，取得了較好的效果。降低了定子損耗，增大了風(fēng)機(jī)裕度。高壓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)通常采用離心風(fēng)機(jī)，但離心風(fēng)機(jī)存在迎風(fēng)面積大、流量小、效率低等缺點(diǎn)。針對(duì)大流量、高壓力比、率的設(shè)計(jì)要求，如何完成單級(jí)軸流設(shè)計(jì)成為研究的重點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法得到了發(fā)展。從孤立葉型法、葉柵法、降功率法到目前廣泛采用的準(zhǔn)三維、全三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，甚至到S1流面葉型優(yōu)化[6]、三維葉型優(yōu)化、烘干機(jī)配套風(fēng)機(jī)三維葉型技術(shù)，已經(jīng)有了大量的研究工作。用于提高設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性和快速性。以率、高負(fù)荷為設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過(guò)合理選擇總體參數(shù)，優(yōu)化了烘干機(jī)配套風(fēng)機(jī)流面葉片的初步設(shè)計(jì)和三維疊加，實(shí)現(xiàn)了軸流風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。

烘干機(jī)配套風(fēng)機(jī)初步設(shè)計(jì)完成后，本文的氣動(dòng)設(shè)計(jì)流程在初步設(shè)計(jì)中進(jìn)一步優(yōu)化了S1流面上葉片和葉片的三維疊加，從而完成了詳細(xì)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。詳細(xì)研究了流量系數(shù)、反力等設(shè)計(jì)參數(shù)的影響規(guī)律，給出了相應(yīng)的選擇原則。除求解三維流場(chǎng)的N-S方程外，其余部分由氣動(dòng)中心自己的程序完成，保證了過(guò)程的平穩(wěn)、快速。流量系數(shù)的選擇通過(guò)改變速度三角形的軸向速度來(lái)影響轉(zhuǎn)子和定烘干機(jī)配套風(fēng)機(jī)葉片的擴(kuò)散系數(shù)。隨著流量系數(shù)的增大，定、轉(zhuǎn)子葉片的擴(kuò)散系數(shù)均減小。本文的初步設(shè)計(jì)方案設(shè)置為圖3中箭頭所示的方案，限制為0.55。同時(shí)，烘干機(jī)配套風(fēng)機(jī)的流量系數(shù)的選擇對(duì)級(jí)效率有影響：級(jí)效率隨動(dòng)、靜葉進(jìn)口馬赫數(shù)的增加而降低；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。轉(zhuǎn)子和定子葉片，而轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)口馬赫數(shù)略有增加，導(dǎo)致級(jí)效率提高；定子進(jìn)口馬赫數(shù)隨反應(yīng)性降低而增加，導(dǎo)致定子損失增加。同時(shí)，反應(yīng)性的大小意味著轉(zhuǎn)子和定子葉片需要達(dá)到的靜壓上升的大小。隨著反應(yīng)性的增加，動(dòng)葉擴(kuò)壓系數(shù)增大，靜葉擴(kuò)壓系數(shù)隨反應(yīng)性的減小而增大。本文選取一定的反應(yīng)性使轉(zhuǎn)子和定子葉片的擴(kuò)散系數(shù)基本相同。

本文列舉了烘干機(jī)配套風(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。比較了不同葉尖間隙形狀下的內(nèi)部流動(dòng)特性、總壓分布和葉輪作用力，分析了漸縮型和漸擴(kuò)型。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，烘干機(jī)配套風(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)，烘干機(jī)配套風(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。但由于烘干機(jī)配套風(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。

以烘干機(jī)配套風(fēng)機(jī)帶后導(dǎo)葉的可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)模型為研究對(duì)象，如圖1所示。根據(jù)機(jī)翼理論，通過(guò)吸力面的速度高于通過(guò)壓力面的速度，吸力面后緣形成高速區(qū)。風(fēng)扇由集熱器、活動(dòng)葉片、后導(dǎo)葉和擴(kuò)散器組成。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片采用翼型結(jié)構(gòu)，動(dòng)葉14片，導(dǎo)葉15片，葉輪直徑d為1500mm，烘干機(jī)配套風(fēng)機(jī)葉頂間隙delta為4.5mm，風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速為1200r/min，輪轂比為0.6，設(shè)計(jì)工況安裝角為32度，相應(yīng)設(shè)計(jì)流量和總壓為37.14m3_S-1和2348pa，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖給出了葉頂間隙均勻和不均勻的方程，其中前緣間隙和后緣間隙分別為1和2。leand te表示葉片的前緣和后緣。為了保證前緣與后緣的平均間隙為4.5mm，選取六種非均勻間隙進(jìn)行分析?，F(xiàn)代軸流風(fēng)機(jī)的相對(duì)徑向間隙為0.8%~1.5%[18]，改變后風(fēng)機(jī)葉尖間隙的較小相對(duì)徑向間隙為1%，滿足正常運(yùn)行的要求，如表1所示。其中方案1~3為漸變收縮型，方案4~6為漸變膨脹型?？刂品匠贪ㄈS穩(wěn)態(tài)雷諾時(shí)均N-S方程和可實(shí)現(xiàn)的K-E湍流模型?？蓪?shí)現(xiàn)的K-E模型可以有效地解決旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、邊界層流動(dòng)分離、強(qiáng)逆壓梯度、二次流和回流等問(wèn)題。烘干機(jī)配套風(fēng)機(jī)采用分離隱式方法計(jì)算，壁面采用防滑邊界條件，壓力-速度耦合采用簡(jiǎn)單算法。采用二階逆風(fēng)法離散了與空間有關(guān)的對(duì)流項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)和湍流粘性系數(shù)，忽略了重力和壁面粗糙度的影響。