以OB-84型动叶可调轴流风机为对象,采用数值模拟方法研究动叶尾缘处安装Gurney襟翼(GF)后对风机性能及内流特征的影响,并对其气动噪声进行评估。结果表明:增设GF可提高风机全压,且其高度越大,风机全压增幅越明显,同时促使最高风机效率点向大流量系数侧移动;高度为0.5%弦长的GF在动叶偏转±3°工况下均可提高大流量系数侧的风机效率;增设GF后,在叶顶处产生的次泄漏涡加剧了叶顶泄漏;尾缘下游区域产生的脱落涡增大了叶片吸力面与压力面间的压差;增设GF后风机气动噪声增大,选用高度为0.5%弦长的GF后,在设计工况点下风机全压和风机效率分别提高12.01%和3.13%。

为研究涡流发生器对风力机翼型DU97-W-300气动性能的影响,采用数值模拟方法对装有三角形、矩形、梯形3种形状和3 mm、5 mm、7 mm 3种高度的涡流发生器的风力机翼型进行了计算,得到了有效提升气动性能的涡流发生器形状和高度。研究表明:涡流发生器能有效控制翼型产生流动分离,增大失速攻角,提高升阻比;采用梯形涡流发生器的升力系数最大,旋涡耗散速度最慢,提高气动性能最好;高度7 mm的梯形涡流发生器有效抑制了流动分离,提高翼型气动性能最佳。

为了有效改善轴流风机气动和声学性能,以带后置导叶的OB-84型单级动叶可调轴流风机为对象,利用Fluent软件和Ansys有限元分析模块,对比叶片弯曲前后风机的气动性能和内流特征,分析其静力结构特性并进行了噪声预估。结果表明:叶片弯曲后风机全压提高,大体积流量侧气动性能改善效果明显,设计工况点前弯3.0°性能提升最佳,全压和效率分别提升了3%和0.16%;前弯叶片增大了叶根区轴向速度,延缓了叶根区分离流动的出现,提升了叶片中下部做功能力,减小了叶顶区吸力面与压力面间的压差,有效抑制了叶顶泄漏流的产生;弯曲叶片对降低声功率级影响较小,但可缩小高噪声区分布,从而降低风机噪声。

利用Fluent软件预测了风力机翼型在覆冰状态下的气动性能和气动噪声,采用大涡模拟与基于Lighthill声类比的FW-H模型相结合的方法模拟了不同覆冰状态下的声压级频谱和功率谱密度分布特征,分析了攻角和来流风速对声压级频谱和功率谱密度分布特征的影响。结果表明:覆冰使翼型的气动性能下降,升力减小,气流与壁面提前分离并进入失速区;明冰对翼型气动性能的影响最显著,霜冰次之;翼型覆冰后气动噪声明显增大,尤其覆明冰时翼型的气动噪声更突出;翼型覆冰前后气动噪声均随攻角增大而提高,未达到和超过失速攻角时气动噪声分别呈低频离散特性和宽频特性;来流风速对气动噪声的影响体现在总声压级上,各监测点的总声压级均随来流风速的增大而增强。

为深入了解前缘污染对翼型气动性能的影响,基于Transition SST模型对NACA0012、NACA0015和NACA0018这3种不同厚度的翼型进行了数值模拟,得到了3种翼型的污染敏感位置,研究了前缘污染对不同厚度翼型气动性能及流动特征的影响。结果表明相对厚度的改变不会影响翼型的污染敏感位置,NACA00XX翼型前缘附近的污染敏感位置分别位于吸力面和压力面上的1%c,9%c处,且吸力面污染对翼型气动性能的影响远大于压力面;相对厚度大的翼型,前缘污染对其气动性能的影响愈加突出,提前失速导致NACA0015和NACA0018翼型在12°攻角下的升阻比下降率超过92%;前缘污染会引起污染位置附近涡团的产生,随着相对厚度的增大,污染位置附近的能量耗散愈发严重;进一步增加攻角后,污染对翼型气动性能的影响有所减弱。

为研究导叶安装角对两级动叶可调轴流风机性能及静力结构的影响，采用Fluent软件对第一级导叶安装角改变前后两级动叶可调轴流风机进行了三维数值模拟，分析了导叶安装角对风机气动性能、内流特征和静力结构影响。结果表明:导叶安装角负向偏转时的全压优于原风机，且同一流量下，增大安装角可提高风机全压，安装角正向偏转与之相反;安装角负向偏转后的风机效率均略微低于原风机，而正向偏转后在小流量侧其效率高于原风机，在大流量侧其效率低于原风机，且随流量增加效率下降愈明显。导叶安装角负向偏转后动叶表面总压分布发生明显改变，做功能力显著增强，第二级动叶区和导叶区熵产率有所增加;其第二级动叶等效应力及总变形分布基本不变，但应力和总变形最大值有所增加，固有频率有所降低。

为研究导叶数目对轴流风机性能的影响,文章以某两级动叶可调轴流风机为研究对象,模拟了第一、二级和两级导叶数目变化时的风机性能,并分析了其对风机性能和流场特征的影响。研究结果表明:导叶数目减少后,风机性能整体高于原风机;导叶数目增加后,风机性能未必高于原风机。其中,两级导叶数目均减至21片时的风机性能最佳,在设计工况下,全压提升119 Pa,效率提升0.4%。在此方案下,第二级动叶做功能力和导叶扩压能力均得到提升,导叶数目变化对下游流场有显著影响,而对上游流场影响较小。

以4-73N08D离心式通风机为对象，对装有分别配合轴向导流器和简易导流器的进气箱的风机在导流器不同开度下进行了风机性能和噪声试验研究。性能试验表明，第1种进气箱结构较为合理，气动性能较好；当风机装有进气箱时，与出口端节流调节相比，采用两种导流器调节均可起到节能作用，且轴向导流器的调节性能优于简易导流器。噪声试验结果表明，风机A声级噪声随效率升高而降低，随导流器开度关小而升高。

为研究机匣处理对通风机气动性能的影响,以OB-84型动叶可调轴流风机为对象,基于Fluent对不同机匣处理方案下的风机性能进行了三维定常数值模拟。研究表明：不同机匣处理方案对风机性能均有明显影响,设计工况及大流量下全压和效率均有所提升,小流量下则与之相反;机匣处理改变了吸力面与压力面的静压分布,叶顶泄漏流减轻,叶片中上部通流能力增强,做功能力增加;对比各种开槽结构,圆形槽结构提升风机性能最为明显。

为研究长短复合导叶对动叶可调轴流风机性能的影响,以某大型两级动叶可调轴流风机为对象,构建了第二级导叶后部和前部长分别依次缩短10%等10种长短复合导叶方案,采用FLUENT软件对不同方案下的轴流风机进行了三维定常数值模拟,分析了复合导叶对风机性能、内流特征和静力结构的影响。研究表明:长短复合导叶对轴流风机的性能有显著影响,在中小流量侧导叶后部缩短10%和20%方案气动性能得到提升,在大流量侧则与之相反;其他缩短方案其性能均低于原风机,导叶后部缩短风机性能优于导叶前部缩短情形;在设计工况下,导叶后部缩短10%时第二级动叶表面压力发生变化、做功能力增强,整机熵产率有所增加,第二级动叶应力和总变形有所增大,振动减弱,但满足使用要求。