可逆式轴流风机的三维设计

半山丶先生

1　 引言 

　　通常，在发生火警等告急情况下，要求风机具有反向通风能力 , 这种风机称为可逆风机，其翼型称为可逆翼型。对可逆风机的详细要求就是风机在正向和逆向送风时，都能具有精良的气动性能。文献［1,2］对可逆翼型举行了一些研究， S 型叶片是可逆风机中比力常用的一种叶片，但是，研究表明，这种正反向性能相同的双对称翼型在升力系数与失速攻角方面并不令人满足［1］。 

　　有时并不要求正反向具有完全相同的性能要求，对地铁而言，为了保持地铁内精良的情况，正常情况下通风机都是常年在设计工况下工作的，从节能角度讲，固然希望风机具有较高的工作效率。但是，一旦地铁内发生火警，要求风机必须得具有迅速反向排风的功能，由于这种状况极为稀有，因此，并不要求此时风机具有高效率，但要求排风量大。针对这一工程配景，受某风机制造厂的委托，对这类风机举行了设计研究。确认了风机运转中的流场布局是风机设计的底子，为此，根据轴流风机的三维雷诺平均 Navier-Stokes 方程来模拟其流道内的粘性活动。然后又仔细分析了活动中漩涡的产生机制，并联合风机正反向旋转速度、风量、风压和效率等要求，对地铁用可逆式轴流风机的叶型和装配角举行了设计，取得了精良的效果。 

2　 活动控制方程 

　　在固连于风机的非惯性旋转坐标系下观察流体的绝对运动，流场是定常的。因此，将控制方程在非惯性的相对坐标系下表达对于盘算来说是非常方便的。参照文献[3] ，相对坐标系下的控制方程可以写为下标 r 表现绝对量在相对坐标系的分量。

　　控制方程的空间离散接纳的是中心有限体积格式，时间方向接纳的是五步龙格 - 库塔法求解。 

3　 设计效果与讨论 

　　由于三维风机粘性流场的盘算非常耗时，所以无论是接纳陪同方程法或是接纳遗传算法等先进的设计方法，盘算工作量都是难以蒙受的。履历表明，在设计工况下 , 叶片流道中的漩涡越小，风机的通风量将越大，而且由粘性引起的能量消耗将越小。因此，本研究从工程应用和工程实际需求出发，接纳了流场布局分析和叶片外形调解相联合的办法来举行可逆式轴流风机的叶型和装配角的优选设计，以分别到达正、反向旋转速度下要求的风量和效率及全压。从数百个算例中优选出最后的设计方案 , 应该指出 , 在同等条件下 , 得到的优选效果不一定是最优的 , 大概另有一定的潜力可以挖掘。