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无叶风扇及其内置微型风机设计与研究

作　者: 赵飞
导　师: 吴大转
学　校: 浙江大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 无叶风扇噪声非等距叶片数值模拟 F-WH
分类号: TM925.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

无叶风扇由出风圈和微型风机组成,微型风机内置于无叶风扇内部,这使得无叶风扇变得更安全、更环保,目前无叶风扇的问题主要集中在风力和噪音上。其中传统无叶风扇出风圈内表面均设置成扩散面,结构单一,风力较小,因此设计研究新型出风圈内表面对继续创新无叶风扇结构具有指导意义。同时,微型风机在高速运转时噪音较大,因此设计低噪声风机对无叶风扇降噪具有重要意义。本文提出了带收缩型出风内表面的无叶风扇结构,并依此为依据设计了两款无叶风扇。对小间隙无叶风扇模型进行数值计算,验证了收缩型内表面能够高效地实现风量放大作用。同时研究了收缩角和入口速度环量对小间隙无叶风扇性能的影响,为无叶风扇和内置风机设计提供了依据。设计了配套的两级低速微型风机结构,取代单级高速风机。风机叶轮采用非均匀布置叶片,通过基于RANS+FW-H方法对不同叶片分布形式下风机气动声学特性分析,表明非等距叶片布置可以降低风机叶片通过频率处的噪声值,叶片分布不均匀度越大,对该频率噪声降低效果越明显；但不均匀度过大,会导致低频噪声声压级的大幅增加,叶片不均匀度存在一个最优区间。对小间隙无叶风扇和两级风机样机进行实验研究,结果表明新型无叶风扇较传统无叶风扇性能和降噪效果都有了明显提高,同时将实验结果与模拟结果进行对比,验证了研究思路的可行性。针对大出风间隙结构无叶风扇无法形成稳定射流的问题,通过格栅结构设置保证了大出风间隙条件下的均匀出风,数值模拟结果表明无叶风扇间隙越大,需要的格栅密度越大。而收缩角对大出风间隙结构的性能和风向也具有显著影响,夹角过大或过小都会使风向偏离中心位置。本文给出了无叶风扇及其内置低噪声风机的设计方法,给出了带收缩型出风内表面的无叶风扇结构、无叶风扇专用低速两级风机结构、不等距风机叶片结构以及带格栅的大间隙出风结构,给出了关键结构参数对风扇性能与噪声指标的影响,设计的新型无叶风扇达到了设计目的,分析结果为新型无叶风扇的结构创新和产品开发提供了参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-21
  1.1 研究背景和意义  9-10
  1.2 无叶风扇各部件研究现状  10-14
    1.2.1 无叶风扇研究现状  10-11
    1.2.2 风机降噪研究现状  11-14
  1.3 风机数值模拟现状  14-19
    1.3.1 湍流模型  14-17
    1.3.2 声学模型  17-19
  1.4 本文的研究内容  19-21
第2章小间隙无叶风扇设计与数值研究  21-32
  2.1 小间隙无叶风扇设计  21-23
  2.2 小间隙无叶风扇流场特性研究  23-29
    2.2.1 计算模型生成  23-24
    2.2.2 无叶风扇网格划分  24-25
    2.2.3 小间隙无叶风扇流场分析  25-29
  2.3 收缩角对无叶风扇性能的影响  29-30
  2.4 入口速度环量对无叶风扇性能的影响  30-31
  2.5 小结  31-32
第3章无叶风扇用两级风机设计与降噪研究  32-55
  3.1 风机设计方法  32-39
    3.1.1 叶轮相似设计方法  33-34
    3.1.2 导叶设计方法  34-36
    3.1.3 无叶风扇用风机设计  36-39
  3.2 风机数值计算  39-44
    3.2.1 风机网格划分  39-40
    3.2.2 单级风机性能预测  40-42
    3.2.3 两级风机性能预测  42-44
  3.3 风机气动噪声数值研究  44-49
    3.3.1 模型风机气动噪声数值研究  44-48
    3.3.2 两级风机噪声级数值预测  48-49
  3.4 叶片分布对风机性能和出口声压级的影响  49-53
    3.4.1 叶片分布对风机气动性能的影响  49-51
    3.4.2 叶片分布对风机出口压力脉动和噪声的影响  51-53
  3.5 小结  53-55
第4章小间隙无叶风扇及两级风机实验研究  55-62
  4.1 底座与风机间距对风机进口噪声的影响  55-57
  4.2 新风机性能与声压级的实验验证  57-58
  4.3 小间隙无叶风扇性能与声压级的实验研究  58-61
  4.4 小结  61-62
第5章大间隙无叶风扇设计与数值研究  62-76
  5.1 大间隙无叶风扇流场分析  62-64
  5.2 格栅对大间隙无叶风扇性能的影响  64-68
  5.3 收缩角对大间隙无叶风扇性能的影响  68-71
  5.4 大流量低风压风机设计与数值分析  71-74
    5.4.1 大流量低风压风机设计  71
    5.4.2 大流量低风压性能与声压级预测  71-74
  5.5 三种无叶风扇性能对比  74-75
  5.6 小结  75-76
第6章总结与展望  76-78
  6.1 总结  76-77
  6.2 主要创新点  77
  6.3 展望  77-78
参考文献  78-84
致谢  84-85
作者简介及在校期间所取得的科研成果  85

无叶风扇及其内置微型风机设计与研究

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