粮食烘干风机在实际应用过程中,叶片型线的优化可能面临一个问题。根据机翼理论,通过吸力面的速度高于通过压力面的速度,吸力面后缘形成高速区。不同叶片高度的不同进水条件导致叶片型线优化结果差异过大,难以对叶片型线进行过度优化。为此,本文提出了多截面轮廓协同优化的方法,建立了轮廓几何与轮廓目标函数之间的关系,使得到的轮廓满足三维实际要求。在优化过程中,增加了叶片型线的几何分析和设计点气流角的调整模块,以保证获得的叶片型线能达到与原型相同的气流转向能力。同时,粮食烘干风机设计点的气动性能满足一定要求,否则,可以以罚函数的形式尽快完成叶型的气动分析,提高优化过程的快速性。在确定优化目标时,综合考虑了设计点的性能和非设计条件,粮食烘干风机对有效范围内的剖面性能进行了研究。目标函数括号中的项为设计点损失,第二项为有效流入流角范围,边界为设计点损失的1.5倍,第三项为失速裕度,第四项为有效流入流角范围内的平均损失,第五项为平均损失差的方差。有效流入角范围内的分布。分子是分析叶片外形的气动性能,分母是原型参考值。粮食烘干风机利用加权因子w对截面之间的关系进行加权,设置目标函数,得到损失小、失速裕度高的多截面S1剖面。各参数的权重和各截面的权重系数决定了优化目标是集中于中间截面的性能,以及中间截面的损失和末端截面的失速裕度。
根据以往对粮食烘干风机亚音速定子叶片的研究,前缘弯曲用于匹配迎角[20],根部弯曲高度为20%,端部弯曲角度为20,顶部弯曲高度为30%,端部弯曲角度为40,如图18左侧所示。减轻了主流与泄漏流的相互作用,削弱了泄漏涡的强度,增强了叶片中上部的流动能力,增加了获得的能量。弯曲高度和弯曲角度的选择是基于流入流的流动角度条件:如图5中蓝色箭头所示,定子叶片的流入角度受上游动叶片的影响,靠近端壁有两个不符合主流分布趋势的区域,而弯曲高度末端弯板的T应覆盖与流动角度匹配的区域;末端弯板角度的选择基于区域和主流流动角度之间的差异。
根据前面的研究,粮食烘干风机前缘弯曲的定子叶片可以有效地消除流入攻角,但叶片的局部端部弯曲会导致叶片局部反向弯曲的形状效应。5%[18],改变后风机叶尖间隙的较小相对径向间隙为1%,满足正常运行的要求,如表1所示。在保证端部攻角减小的同时,定子叶片端部的阻塞量增大,损失增大。在端部弯曲建模的基础上,适当叠加叶片正弯曲建模,可以减小端部攻角,保证定子叶片和级间的有效流动。通过实验设计的方法,得到了合适的前弯参数:粮食烘干风机弯曲高度60%,轮毂弯曲角度40,翼缘弯曲角度20,基本符合以往研究得出的弯曲叶片设计参数选择规则。不同叶栅的吸力面径向压力梯度和出口段边界层边界的径向压力梯度可以很好地进行比较。在带端弯和正弯叶片的三维复合叶片表面,存在两个明显的径向压力梯度增大区域,形成从端弯到流道中径的径向力,引导粮食烘干风机叶片表面边界层的径向重排。从出口段附面层的边界形状可以看出,复合三维叶片试图使叶片的径向附面层均匀化,消除了叶片角部区域的低能流体积聚,对提高叶片边缘起到了明显的作用。
以粮食烘干风机带后导叶的可调轴流风机模型为研究对象,如图1所示。结果表明,锥形间隙能有效地控制间隙内的泄漏流速,减少间隙内的堵塞,从而提高其整体性能。风扇由集热器、活动叶片、后导叶和扩散器组成。风机转子叶片采用翼型结构,动叶14片,导叶15片,叶轮直径d为1500mm,粮食烘干风机叶顶间隙delta为4.5mm,风机工作转速为1200r/min,轮毂比为0.6,设计工况安装角为32度,相应设计流量和总压为37.14m3_S-1和2348pa,结构简图给出了叶顶间隙均匀和不均匀的方程,其中前缘间隙和后缘间隙分别为1和2。leand te表示叶片的前缘和后缘。为了保证前缘与后缘的平均间隙为4.5mm,选取六种非均匀间隙进行分析。现代轴流风机的相对径向间隙为0.8%~1.5%[18],改变后风机叶尖间隙的较小相对径向间隙为1%,满足正常运行的要求,如表1所示。其中方案1~3为渐变收缩型,方案4~6为渐变膨胀型。控制方程包括三维稳态雷诺时均N-S方程和可实现的K-E湍流模型。可实现的K-E模型可以有效地解决旋转运动、边界层流动分离、强逆压梯度、二次流和回流等问题。粮食烘干风机采用分离隐式方法计算,壁面采用防滑边界条件,压力-速度耦合采用简单算法。采用二阶逆风法离散了与空间有关的对流项、扩散项和湍流粘性系数,忽略了重力和壁面粗糙度的影响。
粮食烘干风机在0.05<r<0.4的范围内,a的变化很小。粮食烘干风机叶尖间隙的大小沿流动方向减小,即叶片叶尖越靠近壳体,泄漏旋涡越靠近叶片上部和中部。当0.4<r<0.85时,_a逐渐增大,在85%叶高时达到较大值,说明该区域具有更大的机械能和更强的循环能力。与均匀间隙相比,方案2和方案6的叶尖间隙形状在0<r<0.5时基本保持不变,说明叶尖间隙形状的变化对叶片底部到中部没有影响,但在方案2下,粮食烘干风机叶尖间隙高于均匀间隙,而叶片TiP间隙小于均匀间隙。这是由于叶尖涡度强度增大,泄漏流减弱,叶片前缘涡度明显增大和减小。减轻了主流与泄漏流的相互作用,削弱了泄漏涡的强度,增强了叶片中上部的流动能力,增加了获得的能量。在方案6中,在0.5<r<0.85的范围内,均匀间隙也略有增大,但接近较大的速度明显减小。这是由于叶尖涡度强度随间隙的均匀变化而略有变化,对泄漏流影响不大,而叶尖前缘涡度强度显著增大,导致叶尖a减小,总流量减小,能量降低,从而提高了风机效率。ENcy略有下降。也就是说,为了更直观地反映粮食烘干风机叶顶间隙形状变化对叶顶附近速度场的影响,90%叶片高度截面的轴向速度分布如图7所示。
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