通过控制双圆弧叶型两段圆弧相切点半径、切点处叶片角两个参数,设计多种双圆弧离心风机模型,采用计算流体力学获得风机性能和流场数值解,研究中间圆系数、叶片角系数对性能的影响。结果表明,双圆弧离心叶轮设计中中间圆系数取0.7时,整机性能平稳,效率和压升较高;在叶轮进口段叶片角缓慢增长而在出口段叶片角的快速增大有利于减小流动损失,改善流场品质,提高风机效率。

采用大涡模拟技术对长耳鸮翅膀展向20%、40%和60%截面处翼型的非定常湍流场进行数值模拟,并基于Lighthill声类比方法对非定常流场诱导的声场进行计算,研究上述仿生翼型的气动与声学性能。研究结果表明:三种仿生翼型均具有高升阻比特性,其中20%、40%截面处翼型的升力系数较高,5°攻角下分别为1.86和1.72;20%截面处翼型阻力系数最高,且在强烈的逆压梯度下,20%和40%截面处翼型气流在压力面前缘开始分离,在下游处自由剪切层产生了明显的不规则涡结构;翼型尾缘处,涡流脱落后在尾迹区发生涡结构破碎;60%截面处翼型载荷分布最均匀,附面层增长缓慢,因而该翼型流场的涡量相对较小,使得其诱导噪声较低。声学计算结果表明,三种仿生翼型的最大声压级分别为85.8、78.6和74.8 d B。

为研究双叶片泵内非定常流动特性,采用RNGk-ε模型对由叶轮水体、蜗壳水体及叶轮进口延伸段水体组成的三维计算区域在设计工况下进行了非定常计算.比较了不同时刻泵内静压和相对速度的分布情况,同时分析了双叶片泵内压力脉动的时域图与频谱图以及瞬时扬程的变化.结果表明,在不同时刻同一流道的静压及相对速度分布并不相同,同一时刻不同流道的静压及相对速度分布也不相同,这主要和流道与隔舌的相对位置有关;双叶片泵内存在明显压力脉动,其中隔舌处的压力脉动最为剧烈.随着与隔舌距离增大,压力脉动强度逐渐减弱,压力脉动的主频等于叶轮转频与叶片数的乘积.该模拟对掌握双叶片泵内的流动规律、减少水力损失、提高泵效率提供了一定的理论依据.

为了探究仿生叶片对离心风机气动性能、流场和声场的影响,将波形前缘、锯齿尾缘和表面凹坑3种仿生结构应用在离心风机叶片上,并对其流动和噪声辐射进行了数值计算。结果表明表面凹坑结构抑制了叶片吸力面上的分离流,提升了离心风机的全压和效率,但蜗壳壁面附近的压力脉动幅值增大,最终使噪声不降反增0.85dB;锯齿尾缘型风机虽然做功能力下降,但依然保持高效率,叶轮内流动状况改善,压力脉动明显削弱,总声压级平均下降5.04dB;波形前缘型风机气动性能与原型相比略有提升但相差不大,整体降噪3.14dB。

基于大涡模拟(LES)技术对NACA6510翼型二维绕流流场进行数值模拟,研究吸力面圆弧型沟槽相对位置、相对深度对翼型气动特性与涡流结构的影响规律。研究表明在小攻角下,沟槽表面对翼型的升、阻力系数影响很小,在大攻角下升、阻力系数明显减小。气体流经沟槽结构时会在内部形成反向二次漩涡,其脉动主频为上、下游主频的2倍,相对深度不同其内部漩涡特性呈现不同规律。在一定条件下,沟槽涡流失稳,存在周期性的涡流产生、发展和脱落,翼型尾缘保持了上游及沟槽内压强脉动的频率特性,脉动幅值逐渐增强。随着沟槽深度的增加,翼型尾缘压强脉动幅值呈先降后升的分布趋势。沟槽较浅时,沟槽的存在对频率特性的影响不明显;沟槽达到一定深度后,压强脉动频率发生突变且明显降低。

分别对离心风机气动噪声和振动噪声预测方法的研究现状进行了总结分析,指出了需要进一步开展的相关研究工作。