本文以方案中耐高温的轴流风机的定子叶片为例进行了详细设计，优化了S1流面叶型，耐高温的轴流风机采用三维叶片技术改善了定子叶栅内的流动。从孤立叶型法、叶栅法、降功率法到目前广泛采用的准三维、全三维气动设计方法，甚至到S1流面叶型优化[6]、三维叶型优化、耐高温的轴流风机三维叶型技术，已经有了大量的研究工作。通过三维数值模拟，对S2流面设计中的损失和滞后角模型进行了
耐高温的轴流风机
本文以方案中耐高温的轴流风机的定子叶片为例进行了详细设计，优化了S1流面叶型，耐高温的轴流风机采用三维叶片技术改善了定子叶栅内的流动。从孤立叶型法、叶栅法、降功率法到目前广泛采用的准三维、全三维气动设计方法，甚至到S1流面叶型优化[6]、三维叶型优化、耐高温的轴流风机三维叶型技术，已经有了大量的研究工作。通过三维数值模拟，对S2流面设计中的损失和滞后角模型进行了标定，为叶片三维建模提供了依据。通过与初步三维设计结果的比较，两种设计方案的气动参数径向分布一致，证实了耐高温的轴流风机设计过程中S2流面设计的准确性和可靠性。由于叶尖泄漏流的存在，叶尖压力比与气流角（图中灰色虚拟线圈所示的面积）之间存在一定的偏差，但通过三维CFD的修正，s2的设计趋势预测了叶尖泄漏流对气动参数径向分布的影响；bec在高负荷下，定子根部出现了气流分离现象，导致了出口气流角和S2设置的初步三维设计。预测结果略有不同（图中橙色虚线圈所示的区域）。耐高温的轴流风机利用一条非均匀有理B-sline曲线来描述由四个控制点（红点）控制的曲线，包括前缘点和后缘点。叶片体由四条非均匀曲面、两个吸力面和两个压力面组成，同时与较大切圆（灰圆）和前缘后缘椭圆弧相切。利用MIT MISES程序对S1型拖缆叶片进行了流场分析。采用B-L（Baldwin-Lomax）湍流模型和AGS（Abu-Ghamman-Shaw）旁路过渡模型描述了过渡过程。
本文列举了耐高温的轴流风机静音扇叶，说明了S1流面优化设计在风机详细设计过程中的作用。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。根系顶部三个横截面的流入条件不同，如表3所示。根部设计点的进口气流角较大，耐高温的轴流风机工作范围不同于其它两段。由于转子叶片泄漏流的影响，顶部马赫数较小，工作范围较大。采用多岛遗传算法进行优化，种群44，孤岛7，代数7。三个截面共优化了22个叶片型线参数，包括较大厚度位置、安装角度、中弧控制点、吸入面控制点等。当优化后的叶片型线三维叠加时，耐高温的轴流风机叶片上半部分略微向后弯曲，可能导致优化后的定子叶片损失增加。将优化后的静叶恢复到级环境中，得到了三维数值模拟结果。在设计点流量下，静叶吸力面边界层变薄，堵塞面积减小。计算了级间环境下两叶型风机特性线和两定子叶片变攻角特性线。从图17可以看出，定子叶片损失减小，裕度增大，这与不同截面的S1流面性能分析结果相似。但由于耐高温的轴流风机气流角的匹配问题，级效率没有明显提高，之间失速裕度由27.1%提高到34.9%。针对叶片高度方向的不均匀进口流动情况，在详细设计中采用了端部弯曲技术来匹配定、转子叶片之间的流动角。
与均匀间隙相比，耐高温的轴流风机在平均叶顶间隙不变的前提下，1~3级间隙方案下的风机总压力和效率均高于均匀间隙方案下的风机总压力和效率；前导间隙越大，尾随间隙越小，性能越明显。其中动叶面积198万片，集热器、导叶面积和扩压管网格数分别为30万片、26万片和32万片。改进是，但随着耐高温的轴流风机间隙的逐渐收缩，风机的性能改善逐渐减小；在设计流量下，方案2和方案3下的总压力分别增加20。对于PA和22PA，耐高温的轴流风机效率分别提高0.69%和0.70%，特别是在小流量情况下。方案2和方案3的效率分别提高1.16%和1.20%。同时，方案1-3对应的区（>81%）变宽，根据总压的趋势，喘振裕度增大，稳定工作范围提高。但4-6级进风机的总压和效率均均匀间隙，随着间隙的增大，风机的性能下降更大。方案6的总压力和效率分别降低了15pa和0.14%。模拟结果与参考文献中给出的结果一致。以上分析表明，在相同流量范围的前提下，锥形间隙的区变宽，相应的流量范围增大，耐高温的轴流风机的稳定工作区增大，设计流量和左效率明显提高，措施简单，易于实施。考虑到风机选型中参数裕度过大，导致轴流风机在设计流量的左侧运行，可以将变细的间隙形状作为提高风机性能的手段。为了分析不同叶尖间隙形状下风机性能变化的内在机理，进行了内部流动特性和叶轮能力分析。
当耐高温的轴流风机叶顶间隙形状发生变化时，不可避免地会引起叶顶及其附近的吸力面和压力面流场的分布。初步方案利用现有的标准叶片型线对三维叶片进行几何建模，通过求解三维稳定流场对初步设计方案进行验证。由于叶尖间隙的存在，泄漏流将与通道内的主流混合，在吸入面顶角形成泄漏旋涡。耐高温的轴流风机与方案3相比，方案2具有几乎相同的区范围，但叶尖间隙较大，有利于防止动静部件之间的摩擦，而方案6具有明显的性能退化，易于分析其损耗机理。为此，分析了三种叶尖间隙：均匀间隙、方案2和方案6。旋涡是描述旋涡运动的重要特征量，其大小可以反映旋涡的强度。在间隙均匀的情况下，涡量分布从叶片前缘到后缘呈下降趋势，流入量能有效地粘附在吸力面上，因此耐高温的轴流风机涡量相对较小。由于主流与泄漏流的相互作用，叶片顶端的涡度比吸力面大得多，较大涡度出现在吸力面拐角处和叶片顶端附近。中间叶片顶部涡度强度明显增大，这是由于间隙收缩导致叶片前缘泄漏面积增大，导致泄漏流量增大，主流与泄漏流量的混合程度增大，涡度强度增大。耐高温的轴流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。副作用减少。
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