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，本文设计了一台烘干风机，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。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
烘干风机
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，本文设计了一台烘干风机，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。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。模拟了三种烘干风机不同长度和初始位置的吸力面小翼叶栅的内部流场。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、烘干风机三维叶型技术，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，优化了烘干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。
通过对烘干风机设计参数和S2设计参数的多次迭代，得到了一个接近设计要求的初步三维设计方案。从表2可以看出，初步设计方案的气动参数与一维设计结果吻合较好。风机设计过程中一维参数的设计精度足以支持设计工作的进一步发展。表2显示了一维设计结果和初步设计的平均质量参数。由表2可以看出，单级风机平均半径处的负荷系数约为1.0，甚至高于普通航空发动机压气机的负荷系数。同时，单级风机的反应性略大于0.5，平均负荷分布在静、动叶片上，使烘干风机叶片展开中部的弯曲角度达到40度以上，扩压系数达到0.5以上。结果表明，随着网格数量的增加，总压和效率逐渐接近样本值，337万和286万网格的总压和效率偏差分别为0。从出版的文献中不难找到。考虑到轴流风机制造成本的限制，扩压系数接近0.6，基本达到了无主动流量控制技术的亚音速轴流风机的设计极限。然而，在烘干风机设计结果与设计目标的压力比与效率之间仍存在一定的差距，需要进一步的详细设计来弥补。由于本文设计的单级风机的负荷比设计中采用的经验公式高，因此有必要对每排叶片的稠度和展弦比进行调整。初步设计方案如图所示。6和7，以及表3所示的气动性能，其中载荷系数由叶尖的切线速度定义。
在烘干风机机械中，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。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、烘干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。以、高负荷为设计目标，通过合理选择总体参数，优化了烘干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。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，模拟了烘干风机、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。烘干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。
通过在烘干风机叶尖压力面附近扩展合适的叶尖平台，可以有效地减小叶尖泄漏和气动损失。模拟了三种烘干风机不同长度和初始位置的吸力面小翼叶栅的内部流场。结果表明，三段小翼可以改善叶栅顶部的流动状况，并在不同程度上削弱泄漏涡的强度。周志华等[10]计算了某型涡轴发动机高压涡轮一级的三维流场。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。在套管处理方面，Yang等人[11]发现自循环壳体处理后压缩机的稳定流量范围明显增大，这是由于叶片负荷降低、低能流体吸附能力降低和周向流量畸变能力降低所致。由于叶根和叶顶端壁附件的附面层较厚，导致流体流过该区域后的轴向速度较小，而叶顶附件又因泄漏存在使轴向速度进一步减小。烘干风机的不同分区数的非轴对称套管处理。实验表明，合理的非轴对称壳体处理结构可以使压缩机的稳定裕度提高13%，峰值效率提高0.8%。提率的原因是加工槽对压气机叶顶流场产生低频非定常影响信号。烘干风机在低速压缩机上测试了不同结构的斜槽壳体处理。实验表明，合理的配置可以提高压缩机效率1%~2%，而不会对失速裕度产生不利影响。
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