【正文】 的影響經(jīng)常發(fā)生變化，與之匹配的風(fēng)機(jī)風(fēng)量也要隨之改變，為了適應(yīng)電站鍋爐阻力變化小，而風(fēng)量變化要求較大的特點(diǎn)，在選用離心通風(fēng)機(jī)時(shí)，一般首先選用機(jī)翼型葉輪。翼型的氣動(dòng)性能參數(shù)的確定是風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)所需翼型的所有性能參數(shù)將要花費(fèi)太多的人力和時(shí)間，因此翼型數(shù)值模擬準(zhǔn)確性成為了風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)的重要課題[8]。運(yùn)用FLUENT數(shù)值計(jì)算軟件，對(duì)翼型流動(dòng)進(jìn)行二維數(shù)值模擬，對(duì)不同沖角下的流動(dòng)情況進(jìn)行詳細(xì)的研究，找出沖角與分離點(diǎn)位置的關(guān)系，對(duì)預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍和風(fēng)機(jī)的高效可靠運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)我國(guó)風(fēng)機(jī)擁有量約230萬(wàn)臺(tái)以上，年耗電量約占全部發(fā)電量的10%左右，因此風(fēng)機(jī)的節(jié)電有著十分重要的意義。，分別同比增長(zhǎng)121%、114%，預(yù)計(jì)2008年市場(chǎng)需求還將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的新裝機(jī)容量年增長(zhǎng)速度為60%70%[9]。但中國(guó)仍有多種低效舊風(fēng)機(jī)需要更新?lián)Q代，新推廣的風(fēng)機(jī)也有待于進(jìn)一步完善。因此，中國(guó)應(yīng)該不斷提高風(fēng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定市場(chǎng)需求，還要積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，提高技術(shù)開(kāi)發(fā)能力。但是，據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)的電能利用率超過(guò)50%％，而電能利用率超過(guò)60%的只有36%，如果將風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率提高10%，全國(guó)就可以節(jié)電150億千瓦時(shí)了[10]。因此，如何能以科技為基礎(chǔ)，發(fā)展、優(yōu)化風(fēng)機(jī)，從而提高其性能，降低經(jīng)濟(jì)損失，并將其轉(zhuǎn)化為效益成為一個(gè)十分重要的課題。2001年，山西原平化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司的劉天靈，咸高創(chuàng)[11]就通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)的軸受力進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算分析，知道了該廠(chǎng)風(fēng)機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障的原因?，F(xiàn)代風(fēng)機(jī)特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高，壓力大，葉輪流道窄，線(xiàn)速度高，葉輪所受傳動(dòng)扭的矩大，受力狀態(tài)復(fù)雜且大，這要求葉輪制造有很高的精度[12]，因此對(duì)葉輪葉片的研究和設(shè)計(jì)是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)的重要任務(wù)。傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)的葉片多采用固定的翼型，但由于應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用目的不同，風(fēng)機(jī)翼型的葉片并不能高效地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始研究風(fēng)機(jī)新翼型，并發(fā)展了各自的翼型系列。我國(guó)對(duì)風(fēng)機(jī)翼型的研究主要在于測(cè)繪和仿制上，并且僅限于進(jìn)行一些風(fēng)機(jī)試驗(yàn)，由于商業(yè)因素和技術(shù)保密等原因，我們不容易得到國(guó)外風(fēng)機(jī)專(zhuān)用翼型相關(guān)的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。一些設(shè)計(jì)和制機(jī)專(zhuān)利都是從國(guó)外引進(jìn)的，嚴(yán)重制約了我國(guó)風(fēng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。開(kāi)發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)機(jī)翼型系列，研制我國(guó)新型高效的風(fēng)機(jī)葉片，對(duì)促進(jìn)我國(guó)風(fēng)機(jī)事業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要[13]。西華大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院的黃華，張禮達(dá)[14]基于翼型理論和線(xiàn)性動(dòng)量理論對(duì)葉片翼型截面升力公式的計(jì)算，導(dǎo)出對(duì)非設(shè)計(jì)工況來(lái)流角計(jì)算的迭代式。應(yīng)用牛頓拉普森迭代法對(duì)來(lái)流角進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)結(jié)果再計(jì)算葉片截面的升力、推力、切向力、功率等氣動(dòng)參數(shù)，提出一種風(fēng)力機(jī)葉片翼型氣動(dòng)性能的計(jì)算和校核設(shè)計(jì)方法。 傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，通過(guò)反復(fù)的設(shè)計(jì)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最終設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，費(fèi)用也較高，對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)性較強(qiáng)，而USED技術(shù)已經(jīng)改變了工程設(shè)計(jì)方法，它是一個(gè)用于分析流體現(xiàn)象和減少設(shè)計(jì)時(shí)間的有力工具[15]。2008年西華大學(xué)風(fēng)電技術(shù)研究所的毛金鐸，張禮達(dá)[16]應(yīng)用USED流體力學(xué)軟件對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片常用翼型THAThow211進(jìn)行數(shù)值分析，得出了其升力系數(shù)、阻力系數(shù)、升阻比以及翼型表面壓力隨來(lái)流攻角變化關(guān)系，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)FFAw3211 翼型的氣動(dòng)性能進(jìn)行分析。風(fēng)機(jī)葉片翼型設(shè)計(jì)理論是決定風(fēng)機(jī)功率特性和載荷特性的根本因素，一直是各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)有翼型的表達(dá)都是通過(guò)離散的點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并不存在函數(shù)的具體表達(dá)形式。新翼型的設(shè)計(jì)也是基于原有的翼型坐標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行局部的調(diào)整，以獲得性能更為優(yōu)越的翼型。利用FLUENT有限元軟件能很好地模擬離心風(fēng)機(jī)流場(chǎng)，計(jì)算出風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)，可以節(jié)約成本，減短設(shè)計(jì)周期，并且能得到極具實(shí)際指導(dǎo)意義的結(jié)論。2008年遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李文華，范興文[17]。計(jì)算中采用了標(biāo)準(zhǔn)kε湍流模型與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)了蝸舌對(duì)葉輪中流動(dòng)的影響和部分空氣在葉輪中的螺旋狀流動(dòng)，捕捉到了離心通風(fēng)機(jī)內(nèi)部許多重要的流動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析，對(duì)該類(lèi)風(fēng)機(jī)的性能改進(jìn)提供了一定的依據(jù)。2009年重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的陳進(jìn)，張曉，王旭東[18]對(duì)某翼型擾流流動(dòng)建立了二維可壓縮湍流模型，利用商業(yè)軟件 FLUENT對(duì)翼型不同來(lái)流攻角下的氣動(dòng)特性進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬計(jì)算。湍流黏度采用基于RANS的Spala~Allmaras湍流模型處理，得出了雷諾數(shù)在 106時(shí)，某翼型的升力系數(shù)、阻力系數(shù)和壓力分布隨來(lái)流攻角的變化關(guān)系。數(shù)字仿真能比真實(shí)實(shí)驗(yàn)提供更多結(jié)果，而且可以用于核實(shí)和完善實(shí)驗(yàn)結(jié)論[19]，可深化了解風(fēng)機(jī)翼型的氣動(dòng)性能，對(duì)不同沖角下的流動(dòng)情況進(jìn)行詳細(xì)的研究，找出沖角與分離點(diǎn)位置的關(guān)系，為風(fēng)機(jī)葉片翼型選型和葉片翼型改型設(shè)計(jì)和研發(fā)工作提供技術(shù)參數(shù)和指導(dǎo)意見(jiàn)。 研究方法及主要內(nèi)容由于葉輪機(jī)械內(nèi)部流場(chǎng)非常復(fù)雜，并帶有強(qiáng)烈的非定常特征，進(jìn)行細(xì)致的實(shí)驗(yàn)測(cè)量非常困難，目前尚沒(méi)有完善的流體力學(xué)理論解釋諸如流動(dòng)分離、失速和喘振等流動(dòng)現(xiàn)象，這就迫切需要可靠詳細(xì)的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬工作來(lái)了解機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)本質(zhì)。本文將利用FLUENT軟件對(duì)風(fēng)機(jī)翼型葉片進(jìn)行二維的數(shù)值模擬，研究空氣以不同的方向流入翼型葉片入口所造成的流動(dòng)分離。根據(jù)數(shù)值模擬的一般步驟：利用Gambit創(chuàng)建二維模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)定邊界條件和區(qū)域，輸出網(wǎng)格，再利用FLUENT求解器求解，對(duì)不同空氣來(lái)流攻角角下的流動(dòng)進(jìn)行二維數(shù)值模擬。在得到模擬結(jié)果后,對(duì)不同攻角下模擬所得到的速度矢量圖進(jìn)行比較分析，得出風(fēng)機(jī)翼型邊界層分離和攻角的關(guān)系。2 翼型基本知識(shí) 幾何參數(shù) 翼型的氣動(dòng)性能直接與翼型外形有關(guān)。通常，翼型外形由下列幾何參數(shù)決定[20]:1) 翼弦BO氣動(dòng)弦?guī)缀蜗?圖21翼型的氣動(dòng)弦與幾何弦 翼型前緣點(diǎn)O與尾緣點(diǎn)B之間的連線(xiàn)稱(chēng)翼弦，翼弦OB的長(zhǎng)度稱(chēng)作弦長(zhǎng)，以C表示，它是翼型的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，也稱(chēng)為幾何弦。除幾何弦外，翼型還有氣動(dòng)弦。當(dāng)氣流方向與氣動(dòng)弦一致時(shí)，作用在翼型上的升力為零，如圖21所示。對(duì)稱(chēng)翼型的幾何弦與氣動(dòng)弦重合，氣動(dòng)弦又稱(chēng)零升力線(xiàn)。 2) 前緣半徑和前緣角 翼型前緣點(diǎn)的內(nèi)切圓半徑稱(chēng)為翼型前緣半徑，亞音速翼型前緣是圓的，超音速翼型前緣是尖的。前緣點(diǎn)上下翼面切線(xiàn)的夾角就是前緣角。 3) 厚度和厚度分布在計(jì)算翼型時(shí)通常采用如圖22所示的直角坐標(biāo)，x軸與翼弦重合，y軸過(guò)前緣點(diǎn)。且垂直向上。這樣在x軸上方的弧線(xiàn)稱(chēng)為上翼面(以表示)，下方的弧線(xiàn)稱(chēng)為下翼面(以表示)。對(duì)應(yīng)同一x坐標(biāo)的上下翼面點(diǎn)距為翼型的厚度，以t表示，見(jiàn)圖22。厚度隨x的變化稱(chēng)厚度分布，以t(x)表示: 當(dāng)時(shí)，稱(chēng)最大厚度。 稱(chēng)為最大相對(duì)厚度，xc為最大厚度位置，其無(wú)因次量為。通常，翼型的相對(duì)厚度即指最大相對(duì)厚度，以t表示。 4) 中弧線(xiàn) 翼型內(nèi)切圓圓心的連線(xiàn)叫做中弧線(xiàn)。只有對(duì)稱(chēng)翼型時(shí)中弧線(xiàn)與翼弦重合。圖22翼型的厚度分布 5) 彎度和彎度分布 翼型中弧線(xiàn)和翼弦間的高度稱(chēng)為翼型的彎度，弧高沿翼弦的變化稱(chēng)為彎度分布，以表示： 當(dāng)時(shí)，稱(chēng)為最大彎度，以f表示。稱(chēng)為最大相對(duì)彎度，xf為最大彎度位置，其無(wú)因次量為。同樣，通常翼型的相對(duì)彎度指最大相對(duì)彎度，用表示。 6) 尾緣半徑和尾緣角翼型尾緣點(diǎn)B的內(nèi)切圓半徑稱(chēng)為翼型尾緣半徑。若尾緣為尖的，則以尾緣點(diǎn)上下翼面的切線(xiàn)夾角表示，稱(chēng)為尾緣角。有的翼型尾緣是平的，則用尾緣厚度表示。 氣動(dòng)特性翼型所受的力是作用在上下表面的分布力之合力。表面力有兩種，一種是法向力，即壓力；一種是切向力，即摩擦力。這里定義和遠(yuǎn)前方來(lái)流相垂直的合力為升力，而與遠(yuǎn)方來(lái)流方向一致的合力為阻力。也像壓強(qiáng)通常表示為無(wú)量綱的壓強(qiáng)系數(shù)一樣，升力和阻力通常也表示為無(wú)量綱的升力系數(shù)Cl和阻力系數(shù)Cd，二者定義如下： (21)