【正文】 序進(jìn)行了改進(jìn)，利用已知的攻角去計(jì)算程序中所需要的升力系數(shù)，這樣使得模擬的結(jié)果更加準(zhǔn)確可信。另外風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)程序中還增加了葉片的數(shù)值成型即葉片前傾和葉片前傾等，這樣為T35軸流風(fēng)機(jī)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 物理模型的建立物理模型描述的是實(shí)際中涉及的物理問題，建立物理模型就是將實(shí)際中的物理問題采用恰當(dāng)?shù)目刂品匠毯瓦吔鐥l件進(jìn)行描述[39][40]。由于T35軸流風(fēng)機(jī)的流場為三維不可壓湍流，并且不考慮氣流的溫度變化，這樣T35軸流風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬的基本控制方程為三維的連續(xù)方程、動(dòng)量方程以及標(biāo)準(zhǔn)kε湍流模式方程，詳細(xì)見式31，而且該方程用SIMPLE方法進(jìn)行求解。 （3－1）式中： 其中： =, =, =, =, =這里，分別為流體密度、壓力、湍能、湍能耗散率、流體動(dòng)力粘性系數(shù)和湍流粘性系數(shù)；分別為流體速度在x,y,z方向上的分量。 幾何模型的建立本文首先根據(jù)舊T35軸流風(fēng)機(jī)圖紙進(jìn)行了數(shù)值建模，但該風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬結(jié)果不能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。為此本文根據(jù)軸流風(fēng)機(jī)的數(shù)值建模方法設(shè)計(jì)了新T35軸流風(fēng)機(jī)模型，具體新T35軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程是：首先測量了原T35軸流風(fēng)機(jī)的葉片各個(gè)基元級參數(shù)，并且利用改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)程序?qū)θ~片測定參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，然后該設(shè)計(jì)程序輸出了新T35軸流風(fēng)機(jī)的葉片各基元級的點(diǎn)坐標(biāo)，具體氣動(dòng)設(shè)計(jì)程序的改進(jìn)以及葉片參數(shù)的測量可見本章的11節(jié)。最后將該點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入到Gambit軟件中生成了新T35軸流風(fēng)機(jī)的葉片，葉片數(shù)目是4片，葉輪直徑d為634mm，風(fēng)機(jī)的進(jìn)口延伸區(qū)為15d的管道，其中d為風(fēng)機(jī)進(jìn)口管道的管道直徑，風(fēng)機(jī)的出口延伸區(qū)是一個(gè)直徑為10的球體，為新T35軸流風(fēng)機(jī)的葉輪直徑。本文最后對該T35軸流風(fēng)機(jī)設(shè)置了兩個(gè)靜壓環(huán)，這兩個(gè)靜壓環(huán)的位置分別為遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)進(jìn)口3d處的圓環(huán)壁面上以及風(fēng)機(jī)出口處的圓環(huán)壁面上，具體的數(shù)值模型可見圖23所示，另外詳細(xì)的計(jì)算結(jié)果可見表32所示。 表32數(shù)據(jù)處理結(jié)果Table 32 The data processing results算例風(fēng)機(jī)全壓（pa）全壓效率（%）葉輪壓頭（pa）葉輪效率（%）風(fēng)機(jī)靜壓（pa）風(fēng)機(jī)靜壓效率（%）舊T35新T35， Pa。，%，可見新T35軸流風(fēng)機(jī)的性能更好一些。 T35軸流風(fēng)機(jī)的網(wǎng)格試驗(yàn)本文第二章敘述了軸流風(fēng)機(jī)的整機(jī)數(shù)值建模，著重介紹了軸流風(fēng)機(jī)幾何模型的建立、模型的網(wǎng)格劃分以及模型的邊界設(shè)置等，從而為這一章討論新T35軸流風(fēng)機(jī)的網(wǎng)格試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。該網(wǎng)格試驗(yàn)共有三套加密網(wǎng)格，每套網(wǎng)格都滿足風(fēng)機(jī)壁面y+的要求，這三套網(wǎng)格總數(shù)分別為221萬（方案1），314萬（方案2）和430萬（方案3）。雖然這三套網(wǎng)格的總數(shù)差別不大，但因?yàn)榫W(wǎng)格的多少絕大部分體現(xiàn)在葉輪上，所以這三套網(wǎng)格對于葉輪來說還是有區(qū)別的。這三套網(wǎng)格的試驗(yàn)結(jié)果可見表33所示，三套網(wǎng)格中具體每個(gè)計(jì)算域的網(wǎng)格數(shù)見表34所示。表33三個(gè)方案的試驗(yàn)結(jié)果Table 33 The putational results of three schemes網(wǎng)格數(shù)（萬）風(fēng)機(jī)全壓（pa）全壓效率（%）葉輪效率（%）風(fēng)機(jī)靜壓（pa）風(fēng)機(jī)靜壓效率（%）221314430表34三個(gè)方案中各計(jì)算域網(wǎng)格數(shù)Table 34 Different grid number of three schemes in subdomains計(jì)算域名稱1方案各項(xiàng)網(wǎng)格數(shù)2方案各項(xiàng)網(wǎng)格數(shù)3方案各項(xiàng)網(wǎng)格數(shù)整機(jī)221889231493484302319進(jìn)口延伸區(qū)4985247082751038387集流器151918178589376094葉輪體78114511436041435058葉片間隙體55741668132969出口通道360235605845817995出口延伸區(qū)421496496354601816從表33的數(shù)據(jù)可以看出，這三套網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果差別較小?？紤]到計(jì)算機(jī)的計(jì)算時(shí)間，%。 T35軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)要素對其性能的影響本章上面幾節(jié)介紹了T35軸流風(fēng)機(jī)葉片參數(shù)的測量，建立了該風(fēng)機(jī)的物理模型和幾何模型，并且對該風(fēng)機(jī)的數(shù)值建模進(jìn)行了網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)。下面將研究新T35軸流風(fēng)機(jī)的主要設(shè)計(jì)要素對其性能的影響。 輪轂比的影響軸流風(fēng)機(jī)的輪轂直徑與葉輪直徑的比值稱為輪轂比，輪轂比是軸流風(fēng)機(jī)的重要設(shè)計(jì)要素之一，輪轂比的取值大小將直接影響軸流風(fēng)機(jī)性能的好壞[41][42]。若軸流風(fēng)機(jī)輪轂比的取值太大，這樣會(huì)降低軸流風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能。相反若軸流風(fēng)機(jī)輪轂比的取值太小，這樣會(huì)導(dǎo)致軸流風(fēng)機(jī)葉根處的氣流產(chǎn)生分離。因此本文討論新T35軸流風(fēng)機(jī)的輪轂比對其性能的影響很有價(jià)值。為了討論新T35軸流風(fēng)機(jī)的輪轂比對其性能的影響，本文建立了11種不同輪轂比的T35軸流風(fēng)機(jī)模型并進(jìn)行了流場模擬。圖31和32給出了11種輪轂比模型在設(shè)計(jì)工況下的風(fēng)機(jī)全壓和風(fēng)機(jī)靜壓隨著輪轂比的變化曲線，、、、。從圖31和32中可以看到，風(fēng)機(jī)全壓和風(fēng)機(jī)靜壓均隨著輪轂比的增大而先微小增大而后減小。，風(fēng)機(jī)全壓和風(fēng)機(jī)靜壓均達(dá)到峰值。圖31 不同輪轂比的全壓 圖32 不同輪轂比的靜壓 Total pressure of different hub ratio Static pressure of different hub ratio圖33和34給出了11種輪轂比模型在設(shè)計(jì)工況下的風(fēng)機(jī)全壓效率和風(fēng)機(jī)靜壓效率隨著輪轂比的變化曲線，、、、。從圖33和34中可以看到，隨著輪轂比的增大對應(yīng)的風(fēng)機(jī)全壓效率和風(fēng)機(jī)靜壓效率會(huì)逐漸減小?？梢娸^小的輪轂比會(huì)有較大的風(fēng)機(jī)靜壓而且會(huì)有較大的風(fēng)機(jī)靜壓效率。圖33不同輪轂比的全壓效率 圖34不同輪轂比的靜壓效率 Total pressure efficiency Static pressure efficiency of different hub ratio of different hub ratio表35 定量分析了不同輪轂比模型對應(yīng)的風(fēng)機(jī)全壓和全壓效率值。表35不同輪轂比的計(jì)算結(jié)果Table 35 Calculation results of different hub ratio輪轂比風(fēng)機(jī)全壓（pa）全壓效率（%）葉輪壓頭（pa）葉輪效率（%）風(fēng)機(jī)靜壓（pa）風(fēng)機(jī)靜壓效率（%） 流型系數(shù)的影響流型系數(shù)也是軸流風(fēng)機(jī)中重要的設(shè)計(jì)要素，目前軸流風(fēng)機(jī)的葉片設(shè)計(jì)大多采用流型系數(shù)=1的自由渦設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明自由渦設(shè)計(jì)會(huì)使軸流風(fēng)機(jī)葉片根部的扭曲增大，軸流風(fēng)機(jī)葉片應(yīng)采用流型系數(shù)≠1的可控渦設(shè)計(jì)，并且不同流型系數(shù)對軸流風(fēng)機(jī)的影響不一樣[43][44][45][46]。當(dāng)流型系數(shù)=1時(shí)，此時(shí)軸流風(fēng)機(jī)葉片采用的是等環(huán)量流型設(shè)計(jì)即自由渦分布，對應(yīng)氣流的軸向速度和全壓沿葉片徑向均為常數(shù)。顯然等環(huán)量流型設(shè)計(jì)更適合于風(fēng)機(jī)的二維氣動(dòng)設(shè)計(jì)，并且此設(shè)計(jì)特別適用于展弦比較大的軸流風(fēng)機(jī)。不過采用自由渦設(shè)計(jì)會(huì)造成葉片的加工不便，另外葉片根部隨之也會(huì)產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力，同時(shí)風(fēng)機(jī)中的氣流也會(huì)在輪轂處有大的周向速度，這樣就降低了軸流風(fēng)機(jī)的全壓和效率。當(dāng)流型系數(shù)=0時(shí)，此時(shí)軸流風(fēng)機(jī)葉片采用的是變環(huán)量設(shè)計(jì)即可控渦設(shè)計(jì)，對應(yīng)的氣流沿葉片徑向?yàn)榈戎芟蛩俣确植?。這種設(shè)計(jì)雖然會(huì)減緩葉片的扭曲，但氣流的軸流速度沿葉片徑向會(huì)有很大變化，這樣使得葉片的流線發(fā)生漂移。另外葉輪中部測定的參數(shù)不能預(yù)估葉輪整體的性能狀況，需要將葉輪的所有參數(shù)沿徑向積分去得到葉輪的整體性能狀況。當(dāng)流型系數(shù)=1時(shí)，此時(shí)葉片也是采用可控渦設(shè)計(jì)，對應(yīng)此設(shè)計(jì)下氣流的軸向速度和周向速度均沿葉片徑向線性減小，同時(shí)對應(yīng)此設(shè)計(jì)下的風(fēng)機(jī)也有大的葉片扭曲。另外當(dāng)流型系數(shù)=2時(shí)，此時(shí)葉片的扭曲程度要比流型系數(shù)=1時(shí)大，此設(shè)計(jì)不能達(dá)到改善風(fēng)機(jī)性能的目的。為了討論新T35軸流風(fēng)機(jī)的流型系數(shù)對其性能的影響，本文建立了6種不同流型系數(shù)的T35軸流風(fēng)機(jī)模型并進(jìn)行了流場模擬。圖35和36給出了新T35軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)全壓和風(fēng)機(jī)靜壓隨著這6種流型系數(shù)的變化曲線，、。從圖35和36中可見，風(fēng)機(jī)全壓和風(fēng)機(jī)靜壓均隨著流型系數(shù)的增大而先增大后減小而后再增大。，風(fēng)機(jī)全壓和風(fēng)機(jī)靜壓均達(dá)到極值。 圖35 不同流型系數(shù)的全壓 圖36 不同流型系數(shù)的靜壓 Total pressure of different Static pressure of different flow pattern coefficient flow pattern coefficient 圖37 不同流型系數(shù)的全壓效率 圖38 不同流型系數(shù)的靜壓效率 Total pressure efficiency of Static pressure efficiency of different flow pattern coefficient different flow pattern coefficient圖37和38給出了新T35軸流風(fēng)機(jī)的6種流型系數(shù)模型在設(shè)計(jì)工況下的風(fēng)機(jī)全壓效率和風(fēng)機(jī)靜壓效率隨著流型系數(shù)的的變化曲線。從圖37和38中可見，風(fēng)機(jī)全壓效率會(huì)隨著流型系數(shù)的增大而先增大后減小。，風(fēng)機(jī)全壓效率會(huì)達(dá)到峰值。風(fēng)機(jī)靜壓效率也會(huì)隨著流型系數(shù)的增大而先增大后減小，風(fēng)機(jī)的靜壓效率會(huì)達(dá)到峰值。為了便于定量分析不同流型系數(shù)模型對應(yīng)的風(fēng)機(jī)全壓和全壓效率值，這里給出詳細(xì)的計(jì)算結(jié)果，具體如表36所示。表36不同流型系數(shù)的計(jì)算結(jié)果Table 36 Calculation results of different flow pattern coefficient流型系數(shù)風(fēng)機(jī)全壓（pa）全壓效率（%）葉輪壓頭（pa）葉輪效率（%）風(fēng)機(jī)靜壓（pa）風(fēng)機(jī)靜壓效率（%） 葉片前傾的影響軸流風(fēng)機(jī)葉片大多采用徑向堆積技術(shù)即RS，也就是說風(fēng)機(jī)葉片的重心總是在對應(yīng)的徑向線上[47][48]。隨著通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在的葉片采用非徑向堆積技術(shù)即NBS進(jìn)行設(shè)計(jì)，軸流風(fēng)機(jī)中較常用的非徑向堆積技術(shù)是葉片前傾、葉片前掠和葉片雙反角。非徑向堆積技術(shù)可以減少氣流在輪轂和葉頂上的損失，可以控制二次流和高損失流體的遷移，也可以成為減少風(fēng)機(jī)噪聲的獨(dú)特工具，因此非徑向堆積技術(shù)被廣泛地用于軸流風(fēng)機(jī)的葉片設(shè)計(jì)中。葉片前傾即FSK的定義是葉片的上面截面相對于下面截面在葉輪旋轉(zhuǎn)方向上沿圓周向前旋轉(zhuǎn)一段距離，如圖39所示。相反葉片后傾即BSK是葉片的上面截面相對于下面截面在葉輪旋轉(zhuǎn)方向上沿圓周向后旋轉(zhuǎn)一段距離。軸流風(fēng)機(jī)葉片邊界層內(nèi)主流速度低，其離心力要大于徑向壓力梯度，這樣就造成了邊界層內(nèi)的低能流體徑向向外遷移并在葉頂附近堆積，從而增大了葉頂損失和葉頂失速。若風(fēng)機(jī)采用葉片前傾就可以減小葉片邊界層內(nèi)流體的離心力，這樣風(fēng)機(jī)的葉頂損失也會(huì)相應(yīng)得到降低。另外由于非徑向堆積技術(shù)存在復(fù)雜的氣動(dòng)力效應(yīng)，這樣應(yīng)該借助于CFD來進(jìn)行風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬。圖39 葉片前傾 Forward lean blade為了討論新T35軸流風(fēng)機(jī)的葉片前傾對其性能的影響，本文建立了7種不同前傾角的T35軸流風(fēng)機(jī)模型并進(jìn)行了流場模擬。圖310和311給出了7種前傾角模型在設(shè)計(jì)工況下的風(fēng)機(jī)全壓和風(fēng)機(jī)靜壓隨前傾角的變化曲線，這7種前傾角分別為0176。、2176。、4176。、6176。、8176。、10176。和12176。從圖310和311中可見，風(fēng)機(jī)全壓和風(fēng)機(jī)靜壓大體上均隨著風(fēng)機(jī)前傾角的增大而減小。圖312和313給出了7種前傾角模型在設(shè)計(jì)工況下的風(fēng)機(jī)全壓效率和風(fēng)機(jī)靜壓效率隨前傾角的變化曲線，這7種前傾角也分別為0176。、2176。、4176。、6176。、8176。、10176。和12176。從圖312和313中可見，風(fēng)機(jī)全壓效率和風(fēng)機(jī)靜壓效率也會(huì)隨著前傾角的增大而減小。 圖310 葉片前傾的全壓 圖311葉片前傾的靜壓 Total pressure of different Static pressure of different forward lean blade forward lean blade 圖312 葉片前傾的全壓效率 圖313 葉片前傾的靜壓效率 Total pressure efficiency of Static pressure efficiency of different forward lean blade different forward lean blade表37定量分析了