为提高传统轴流风机气动性能,扩大其有效工作区间,以某轴流风机为研究对象,采用数值模拟与试验相结合方式,通过单因素分析和响应面分析方法,研究导叶圆弧半径、圆弧角度、切角对风机性能和流场的影响。结果表明导叶圆弧半径、圆弧角度、切角的较优区间分别为1500~2300 mm、35°~45°、0°~14°;在最大体积流量下,随着圆弧半径和圆弧角度的增大以及切角的减小,全压和全压效率逐渐增大;在体积流量为70 m3/s和50 m3/s下,随着圆弧半径和圆弧角度的减小以及切角的增大,全压和全压效率逐渐增大;通过响应面分析,当圆弧半径为1940 mm、圆弧角度为35°、切角为14°时,风机性能取得最优。经数值模拟验证,相比原型风机,优化后风机全压提高5.3%左右,全压效率提高4.8%左右。

风扇是电机冷却系统的重要组成部分,冷却风扇性能的好坏将直接影响电机是否能够长期安全有效的运转。基于单曲率与双曲率结构,对优化的弧形斗式风扇气动性能进行数值研究,结果发现双曲率结构使弧形斗式风扇全压效率整体高于原始风扇全压效率,全压效率最高提升了9.16个百分点;双曲率弧形斗式风扇在轴向及径向均可减轻流体对叶片的冲击,延缓流动分离,有效提高风扇整体压差,增大风扇整体效率。

针对现有通风机系统在运行中存在着因效率和全压较低而导致的通风机在使用时耗电量大、经济性差的问题,以对旋式轴流通风机的叶片数量和两级风机间的轴向间隙为研究对象,利用Fluent流体分析软件,对不同参数组合下的通风机的气动性能进行了研究。研究结果表明:增加通风机叶片的数量会增加风机工作时的效率并使其工作全压增加;两级风叶间的轴向间隙越大风机工作的效率和全压就越低。

基于CFD方法建立轴流式矿用通风机的流体分析模型,选择k-εRNG湍流模型和壁面函数法,通过CFX求解得出不同滞后角条件下全压效率、全压系数、流量系数之间的内在联系以及出口压力和出口速度的变化特性。以全压效率为优化目标,叶片不同截面的出口几何角作为设计变量构建优化数学模型,通过Isight求解出满足优化目标的叶片结构。结果表明,优化后的风机叶片可将全压效率最大提升24.3%,可显著地降低通风机在不同工作条件下的功耗。

采用 k －ε湍流模型和 PISO 算法对比研究了基态叶片和叶片外缘外伸后的贯流风机气动效率和噪声。以通风机全压效率作为经济指标，计算结果显示叶片外缘外伸后的风机全压效率提高了3．8％。以基于 Lighthill 声学类比理论的 FWH 方程计算贯流风机的噪声，结果显示叶片外伸后风机在监控点噪声降低约7dB，最后用鲍威尔涡声方程解释了噪声降低的机理。