中低壓轴流通风机的最优流型气动设计方法.doc

中低压轴流通风机最优流型气动设计方法 刘玉成 /沈阳鼓风机通风设备有限责任公司 昌泽舟 /东北大学 摘要：采用最优化理论和数值计算方法，应用VBA程序，进行中低压轴流通风机的最优化流型气动优化设计计算。运用孤立翼型和叶栅叶型相结合的理论，在保证通风机结构参数不变的情况下，通过改变变环量指数来调整叶片的扭曲规律，进行变环量流型的优化气动设计计算，进而找到通风机设计工况下的效率最高点。 关键词：轴流式通风机；流型优化；扭曲规律 中图分类号：TH432.1 文献标识码:B 文章编号:1006-8155(2008)03-0040-04 Aerodynamic Design Method for Optimization Flow Type of Medium and Low Pressure Axial-flow Fan Abstract: In this paper, the optimization theory and numerical calculation method are adopted to carry out aerodynamic design and calculation for optimization flow type of medium and low pressure axial-flow fan with the application of VBA program. Under the condition of ensuring constant structure parameters of fan, the means of changing variable circulation exponent is adopted to adjust the twisting rule of blades based on the combination theory of isolated aerofoil and cascade blade profile. Then the aerodynamic design and calculation for optimization flow type with variable circulation exponent are realized and the maximum efficiency point under the design operation is found out. Key words: axial-flow fan; optimization flow type; twisting rule 引言 在目前能源紧张的背景下，提高风机的效率，改善能源的利用率，显得尤为重要。轴流通风机的空气动力设计，日益采用优化设计方法[1-4]。根据最优化原理和数值计算方法，以儒考夫斯基定理和基本空气动力方程为依据，在满足轴流通风机设计参数（流量、压力）、结构参数一定及各种工程约束条件下，寻找使效率函数为最优值时的叶片扭曲规律，就是本文流型最优化模型建立的原理。决定叶片沿高度方向上的扭曲规律，就是风机的流型设计。 目前，国内将后导流器一起纳入通风机流型气动优化计算的文献资料很少，本文所做工作就是这方面的初次尝试，并最终找到使风机效率最大时的叶片沿叶高方向的扭曲规律。 1 轴流通风机最优流型模型的建立和求解 1.1 最优流型模型的建立 模型的建立有4个假设：（1）通风机级中气体流动是不可压缩、理想的稳定流动；（2）级中气体只沿圆柱形表面流动，而无径向流动；（3）通风机进口为轴向流动；（4）风机内部流动损失沿叶高方向均匀分布。 单独叶轮加后导流器级（R+S）轴流通风机级效率为 （1） 最优流型优化求解模型为 (为常数) (2) 根据前面假设及欧拉方程，得到通风机的理论全压为 （3） 式中 、分别为叶根与叶顶半径。 通风机的容积流量为 （4） 1.1.1 扩压因子约束条件 对于叶轮叶栅，扩压因子可用下式计算[5]： （5） 叶轮叶栅中，叶顶处 ＜ 0.4,而叶根处 ＜ 0.6，其间线性变化。 对于后导叶栅的扩压因子，可用下式计算[5]： （6） 其值在