本文提出了帶收縮型出風內(nèi)表面的無葉風機的設(shè)計思路,并依此為依據(jù)進一步設(shè)計了兩款無葉風機,對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下無葉風機的流場特性進行研究分析,為新型無葉風機設(shè)計提供了參考;同時釆用數(shù)值模擬的方法對不同葉片分布形式下風機性能和氣動聲學特性進行研究,得到葉片分布方式對風機性能和噪聲級的影響規(guī)律,為非等距葉片微型風機的設(shè)計提供參考,本文的主要工作和結(jié)論如下:

(1)設(shè)計了一種帶有收縮型出風內(nèi)表面、小間隙出風的無葉風機,發(fā)現(xiàn)收縮型內(nèi)表面可以產(chǎn)生明顯的科恩達效應(yīng),同時研究了無葉風機收縮角和進口速度環(huán)量對無葉風機性能的影響,為小間隙無葉風機設(shè)計和風機設(shè)計提供了參考;

(2)用數(shù)值模擬的方法研究葉片分布方式對無葉風機用微型風機氣動性能和聲學性能的影響,研究表明葉片可以在相當大的范圍內(nèi)選擇分布方式而不會使風機的氣動性能惡化;但為了降低風機出口壓力脈動幅值,葉片不均勻度要控制在一定范圍內(nèi),葉片不均勻度的增加,將會導(dǎo)致低頻脈動幅值的顯著增加;葉片不等距布置可以降低葉片通過頻率處的聲值,將基頻的聲能分布到較寬的頻帶范圍內(nèi);葉片分布不均勻度小,對基頻噪聲降低效果不明顯,不均勻度過大,會導(dǎo)致低頻噪聲聲壓級的大幅增加,不均勻度存在一個最優(yōu)區(qū)間。對于該徽型風機建議A值控制在0.1到0.2之間;

(3)兩級葉輪設(shè)置可以在保證性能和效率的前提下,降低葉輪轉(zhuǎn)速,達到降噪效果,與相同性能下的模型風機相比,數(shù)值模擬結(jié)果顯示風機出口聲壓級降低了 6.5dB,實驗驗證聲壓級降低5dB;

(4)設(shè)計了一款帶有收縮型內(nèi)表面、大間隙出風的無葉風機,研究發(fā)現(xiàn)在大間隙出風時無葉風機無法形成穩(wěn)定的射流現(xiàn)象,通過對無葉風機出口設(shè)置格柵,可以增加射流的穩(wěn)性,保證出風均勻;

(5)無葉風機內(nèi)表面收縮角對風向的影響較大:收縮角小于20°時,無葉風機上側(cè)出風強,風向偏上;收縮角大于20°時無葉風機下側(cè)出風強,風向偏下;收縮角等于20。時,無葉風機上下出風對稱,風向正中;

(6)由于無葉風機出口間隙增大,所需全壓降低,因此設(shè)計的大流量風機轉(zhuǎn)速大幅降低,與模型風機相比,數(shù)值模擬結(jié)果顯示大流量風機出口聲壓級降低了 4.3 dB。

6.2主要創(chuàng)新點

1.設(shè)計了一種帶有收縮型出風內(nèi)表面的無葉風機結(jié)構(gòu),給出了間隙、收縮角和進口速度環(huán)量對出風性能的影響,為無葉風機的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù),實驗驗證新型無葉風機性能較傳統(tǒng)無葉風機性能有了明顯提高。

2.設(shè)計了 一款低速兩級風機用以取代高速旋轉(zhuǎn)的單級風機,實現(xiàn)了兩級微型風機與小間隙出風無葉風機的良好配合,單片機解密使得該無葉風機的噪聲明顯下降。

6.3展望

由于研究時間較短、專業(yè)知識水平有限,對無葉風機的研究尚有很多未盡和不足之處,下一步的工作仍需進一步展開:

1.本文僅獨立研究了出風口處內(nèi)表面與軸線的夾角、出風口間隙對無葉風扇性能的影響,對于其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究還有待深入研究。因為無葉風機出風口速度對無葉風機性能影響較大,其與無葉風機出風口處的間隙、直徑、角度緊密相關(guān),因此還需要對出風口處幾何參數(shù)進行綜合研究,找出間隙、直徑、夾角的協(xié)調(diào)關(guān)系;

2.為降低噪音,無葉風機內(nèi)置微型風機葉輪使用非均勻布置葉片。文中對風機的研究僅限于額定工況,因此與轉(zhuǎn)速相關(guān)的壓力脈動和聲壓級比較明顯,但在小流量和大流量下,非均勻葉片對風機性能、出口壓力脈動和噪聲的影響還不清楚,有待進一步深入研究;

3.本文風機降噪主要是利用非均勻葉片布置,下一步的研究可以考慮更多降噪結(jié)構(gòu)形式,比如葉片穿孔可以降低風機渦流噪聲。