为了探索大负荷大流量风机的关键气动设计技术和内部流动机理，本文设计了一台小型耐高温轴流风机，其压力比为1.20，负荷系数为0.83。详细研究了流量系数、反力等设计参数的影响规律，给出了相应的选择原则。为了准确、地得到初步设计方案，将现有的经典叶片型线直接用于一维设计和初步设计。分析了叶片负荷调节、叶片弯曲和叶片端部弯曲对叶栅流动、级匹配和级性能的影响
小型耐高温轴流风机
为了探索大负荷大流量风机的关键气动设计技术和内部流动机理，本文设计了一台小型耐高温轴流风机，其压力比为1.20，负荷系数为0.83。详细研究了流量系数、反力等设计参数的影响规律，给出了相应的选择原则。为了准确、地得到初步设计方案，将现有的经典叶片型线直接用于一维设计和初步设计。分析了叶片负荷调节、叶片弯曲和叶片端部弯曲对叶栅流动、级匹配和级性能的影响，给出了高负荷轴流风机三维叶片设计的基本原则。同时，开发了S1流面协同优化方法，取得了较好的效果。降低了定子损耗，增大了风机裕度。高压风机的设计通常采用离心风机，但离心风机存在迎风面积大、流量小、效率低等缺点。针对大流量、高压力比、率的设计要求，如何完成单级轴流设计成为研究的重点。长期以来，轴流风机的设计方法得到了发展。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、小型耐高温轴流风机三维叶型技术，已经有了大量的研究工作。用于提高设计方法的准确性和性。以率、高负荷为设计目标，通过合理选择总体参数，优化了小型耐高温轴流风机流面叶片的初步设计和三维叠加，实现了轴流风机的气动设计。
介绍了一套高负荷小型耐高温轴流风机的气动设计过程，包括参数选择、叶片形状优化和三维叶片的设计思想。在此基础上，完成了高负荷轴流风机压力比1.20的初步设计，负荷系数高达0.83。通过三维流场的数值分析，修正了求解S2流面过程中的损失，并通过迭代得到了初步设计方案。其次，在初步设计方案中，通过对小型耐高温轴流风机静叶多叶高处S1流面剖面的协调优化，有效地减少了静叶损失，提高了风机的裕度。同时，采用三维叶片技术，提高了定子叶片的端部流动，提高了定子叶片端部区域的工作能力。风机裕度由27.1%扩大到48.8%。优化叶顶间隙形状可以有效地提高轴流风机的性能。采用FLUENT软件对OB-84动叶可调轴流风机在均匀和非均匀间隙下的性能进行了数值模拟，讨论了不同间隙形状对泄漏流场和间隙损失分布的影响。结果表明，在平均叶顶间隙不变的前提下，锥形间隙风机的总压力和于均匀间隙风机，区范围扩大，锥形间隙越大，性能改善越显著；锥形间隙改变了间隙内涡量场的分布，减少了叶尖泄漏损失，增强了小型耐高温轴流风机叶片上、中部的功能力。风机的性能均匀间隙的性能。锥形叶片的叶尖间隙形状可以作为提高风机性能的重要手段。
在小型耐高温轴流风机机械中，为了防止旋转叶片和固定壳体之间的摩擦，叶片顶部和壳体之间必须有一定的间隙。由于叶尖间隙的存在，不可避免地会发生泄漏流。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。泄漏流与主流相互作用形成的泄漏涡将影响涡轮机械的内部流场和气动性能，尤其是效率、小型耐高温轴流风机噪声和稳定的工作范围。因此，通过改变叶顶间隙形状，对叶顶泄漏流进行综合分析，提高涡轮机械的气动性能具有重要的现实意义和工程参考价值。目前，对叶尖间隙进行了一系列的实验和数值模拟研究，主要集中在叶尖和壳体两个方面。对于叶片顶部，Young等人[4]采用实验方法研究了单槽、双槽和上斜面对涡轮性能的影响。在此基础上，模拟了小型耐高温轴流风机、类型和位置对轴流风机性能的影响，指出在设计流量下，叶顶双槽结构具有较佳的气动性能，风机效率提高了1.05个百分点。对多级压缩机表明，叶根倒角还可以减小角区的失速，提高工作范围。小型耐高温轴流风机带肩端间隙涡轮的研究表明，压力侧和吸入侧后缘槽都可以略微增大叶片顶面传热系数，但吸入侧后缘槽可以减小间隙的泄漏损失。
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