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，本文设计了一台山东烘干风机，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
山东烘干风机
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，本文设计了一台山东烘干风机，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。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。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、山东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，优化了山东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。
本文以方案中山东烘干风机的定子叶片为例进行了详细设计，优化了S1流面叶型，山东烘干风机采用三维叶片技术改善了定子叶栅内的流动。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，证实了山东烘干风机设计过程中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）。从山东烘干风机中不难看出，端部弯曲定子可以有效地提高裕度，但由于定子损耗的增加，级效率降低了1。山东烘干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。
以山东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。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，山东烘干风机叶顶间隙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。也就是说，为了更直观地反映山东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。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。山东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。
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