低压轴流风扇周向弯曲动叶内部流动特征的实验和数值研究
发布时间：2023-11-20 20:42
在叶轮机械研究领域中应用弯掠叶片技术具有提高气动效率、减小流动损失、拓宽叶轮的稳定运行工况范围和降低气动噪声等显著优点,目前已逐渐成为叶轮机械研究领域的热点。 本文以低压轴流风扇周向弯曲旋转动叶片为研究对象,采用遗传算法和人工神经网络相结合的组合优化方法,对周向弯曲动叶的弯曲方向和弯曲角度进行了优化设计。并进一步通过实验与数值模拟等研究手段,分别探讨了周向弯曲方向和周向前弯角度大小对低压轴流风机气动和声学性能的影响及其内部流动机理。此外,采用PIV激光流场测试手段在国内首次系统研究了弯掠叶片周向弯曲方向和弯角大小对于旋转动叶叶顶泄漏涡的影响规律。 本文主要研究内容和研究成果如下: 1、论文以T35型低压轴流风扇叶片为设计原型,采用遗传算法和人工神经网络相结合的组合优化方法,对周向弯曲动叶的弯曲方向和弯曲角度进行了优化设计。设计得到的周向前弯角度为6.1o的优化叶轮各项气动和声学性能指标均明显优于原型叶轮,同时有效解决了常规弯掠叶片设计中周向前弯叶片压升降低的缺陷。与原型叶轮相比,优化后的叶轮全压系数提高3.56%,气动效率提高1.27%,稳定工作范围增加36.4%,同时比A声压级降低了...
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
第一章 绪论
1.1 课题意义和研究现状
1.1.1 课题意义
1.1.2 弯掠动叶研究现状
1.1.3 动叶叶顶间隙流动研究现状
1.1.4 叶轮机械优化设计的研究现状
1.2 本文研究目的和工作内容
第二章 周向弯曲叶片的优化设计
2.1 弯掠叶片设计背景
2.1.1 轴流风扇弯掠动叶片定义
2.1.2 周向弯曲叶片设计背景
2.2 周向弯曲叶片的优化
2.2.1 优化算法的基本原理
2.2.2 周向弯曲叶片的优化过程
2.2.3 周向弯曲叶片的优化结果
2.3 叶片设计参数和几何特征
2.4 本章小结
第三章 实验装置和测量技术
3.1 实验装置
3.2 五孔探针测量技术
3.2.1 五孔探针工作原理及其校准过程
3.2.2 五孔探针测量方法及其数据处理
3.3 PIV 测量技术
3.3.1 PIV 测速系统原理
3.3.2 PIV 实验设备
3.3.3 PIV 实验步骤
3.4 本章小结
第四章 不同周向弯曲叶片气动性能和出口流场试验研究及其比较
4.1 性能测量的不确定度评估
4.1.1 不确定度评估的意义及分类
4.1.2 不确定度评估的步骤
4.1.3 叶轮气动性能试验测量的不确定度评估
4.1.4 叶轮声学性能试验测量的不确定度评估
4.2 叶片的周向弯曲方向对性能的影响
4.2.1 总体气动性能试验结果分析
4.2.2 气动声学性能试验结果分析
4.2.3 出口流场试验结果分析
4.3 叶片的周向前弯角度对性能的影响
4.3.1 总体气动性能试验结果分析
4.3.2 气动声学性能试验结果分析
4.3.3 出口流场试验结果分析
4.4 本章小结
第五章 不同周向弯曲叶片内部流动的数值研究及其比较
5.1 计算方法
5.1.1 控制方程
5.1.2 湍流模型
5.1.3 控制方程的离散化
5.2 叶轮流场的数值模拟
5.2.1 计算网格划分
5.2.2 计算条件设置
5.2.3 数值迭代结果
5.3 计算结果分析
5.3.1 计算与实验结果比较
5.3.2 不同周向弯曲方向叶片内部流动分析
5.3.3 不同周向前弯叶片内部流动分析
5.4 本章小结
第六章 周向弯曲叶片叶顶泄漏流动 PIV 实验研究与数值分析
6.1 叶顶泄漏流场实验测量
6.1.1 实验测量位置布置
6.1.2 实验数据处理方法
6.1.3 叶顶泄漏涡涡心位置的不确定度评估
6.2 叶片的周向弯曲方向对叶顶区域流动的影响
6.2.1 叶顶泄漏流动特性的实验结果分析
6.2.2 叶顶流场的数值分析
6.3 不同周向前弯叶片对叶顶流场的影响
6.3.1 叶顶泄漏流动特性的实验结果分析
6.3.2 叶顶流场的数值分析
6.4 本章小结
第七章 周向弯曲叶片内部流动特征及对气动性能影响的机理分析
7.1 轴流风扇内部流动分析
7.2 周向弯曲叶片对二次流动的控制
7.3 周向弯曲叶片对风扇总体性能的影响
7.4 周向弯曲叶片对叶顶间隙流场的影响
7.4.1 叶顶间隙流场对风扇总体气动性能的影响
7.4.2 周向弯曲叶片对叶顶间隙流动的作用
7.5 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 研究工作总结
8.2 本文工作创新
8.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间主要研究成果
本文编号：3865803
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
第一章 绪论
1.1 课题意义和研究现状
1.1.1 课题意义
1.1.2 弯掠动叶研究现状
1.1.3 动叶叶顶间隙流动研究现状
1.1.4 叶轮机械优化设计的研究现状
1.2 本文研究目的和工作内容
第二章 周向弯曲叶片的优化设计
2.1 弯掠叶片设计背景
2.1.1 轴流风扇弯掠动叶片定义
2.1.2 周向弯曲叶片设计背景
2.2 周向弯曲叶片的优化
2.2.1 优化算法的基本原理
2.2.2 周向弯曲叶片的优化过程
2.2.3 周向弯曲叶片的优化结果
2.3 叶片设计参数和几何特征
2.4 本章小结
第三章 实验装置和测量技术
3.1 实验装置
3.2 五孔探针测量技术
3.2.1 五孔探针工作原理及其校准过程
3.2.2 五孔探针测量方法及其数据处理
3.3 PIV 测量技术
3.3.1 PIV 测速系统原理
3.3.2 PIV 实验设备
3.3.3 PIV 实验步骤
3.4 本章小结
第四章 不同周向弯曲叶片气动性能和出口流场试验研究及其比较
4.1 性能测量的不确定度评估
4.1.1 不确定度评估的意义及分类
4.1.2 不确定度评估的步骤
4.1.3 叶轮气动性能试验测量的不确定度评估
4.1.4 叶轮声学性能试验测量的不确定度评估
4.2 叶片的周向弯曲方向对性能的影响
4.2.1 总体气动性能试验结果分析
4.2.2 气动声学性能试验结果分析
4.2.3 出口流场试验结果分析
4.3 叶片的周向前弯角度对性能的影响
4.3.1 总体气动性能试验结果分析
4.3.2 气动声学性能试验结果分析
4.3.3 出口流场试验结果分析
4.4 本章小结
第五章 不同周向弯曲叶片内部流动的数值研究及其比较
5.1 计算方法
5.1.1 控制方程
5.1.2 湍流模型
5.1.3 控制方程的离散化
5.2 叶轮流场的数值模拟
5.2.1 计算网格划分
5.2.2 计算条件设置
5.2.3 数值迭代结果
5.3 计算结果分析
5.3.1 计算与实验结果比较
5.3.2 不同周向弯曲方向叶片内部流动分析
5.3.3 不同周向前弯叶片内部流动分析
5.4 本章小结
第六章 周向弯曲叶片叶顶泄漏流动 PIV 实验研究与数值分析
6.1 叶顶泄漏流场实验测量
6.1.1 实验测量位置布置
6.1.2 实验数据处理方法
6.1.3 叶顶泄漏涡涡心位置的不确定度评估
6.2 叶片的周向弯曲方向对叶顶区域流动的影响
6.2.1 叶顶泄漏流动特性的实验结果分析
6.2.2 叶顶流场的数值分析
6.3 不同周向前弯叶片对叶顶流场的影响
6.3.1 叶顶泄漏流动特性的实验结果分析
6.3.2 叶顶流场的数值分析
6.4 本章小结
第七章 周向弯曲叶片内部流动特征及对气动性能影响的机理分析
7.1 轴流风扇内部流动分析
7.2 周向弯曲叶片对二次流动的控制
7.3 周向弯曲叶片对风扇总体性能的影响
7.4 周向弯曲叶片对叶顶间隙流场的影响
7.4.1 叶顶间隙流场对风扇总体气动性能的影响
7.4.2 周向弯曲叶片对叶顶间隙流动的作用
7.5 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 研究工作总结
8.2 本文工作创新
8.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间主要研究成果
本文编号：3865803
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3865803.html