Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Методика проектирования и разработка энергоэффективных осевых вентиляторов с профилями лопаток специальной формы Московко, Юрий Георгиевич

Методика проектирования и разработка энергоэффективных осевых вентиляторов с профилями лопаток специальной формы
<
Методика проектирования и разработка энергоэффективных осевых вентиляторов с профилями лопаток специальной формы Методика проектирования и разработка энергоэффективных осевых вентиляторов с профилями лопаток специальной формы Методика проектирования и разработка энергоэффективных осевых вентиляторов с профилями лопаток специальной формы Методика проектирования и разработка энергоэффективных осевых вентиляторов с профилями лопаток специальной формы Методика проектирования и разработка энергоэффективных осевых вентиляторов с профилями лопаток специальной формы
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Московко, Юрий Георгиевич. Методика проектирования и разработка энергоэффективных осевых вентиляторов с профилями лопаток специальной формы : диссертация ... кандидата технических наук : 05.04.06 / Московко Юрий Георгиевич; [Место защиты: С.-Петерб. гос. политехн. ун-т].- Санкт-Петербург, 2011.- 149 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/139

Содержание к диссертации

Введение

1 Обзор литературы 15

2 Современный метод профилирования осевых вентиляторов 22

2.1 Кинематика потока 22

2.2 Расчет лопаточной системы осевого вентилятора 26

3 Профилирование лопаточных венцов осевых вентиляторов с профилями произвольной формы с использованием метода дискретных вихрей 34

3.1 Несжимаемый невязкий поток 34

3.2 Определение характеристик решеток профилей методом дискретных вихрей 35

3.3 Алгоритм профилирования лопаточных венцов 41

3.4 Методические указания по использованию метода профилирования 46

4 Численное моделирование обтекания решеток профилей вязким потоком 50

4.1 Постановка задачи и метод расчета 51

4.2 Численные исследования по оптимизации профилей лопаток севых вентиляторов 59

4.2.1 Математическое описание профиля произвольной формы 59

4.2.2 Теоретическое исследование влияния формы средней линии профиля на характеристики решетки профилей 63

5 Стенд для аэродинамических испытаний осевых вентиляторов 76

6 Экспериментальные исследования вентилятора с лопатками с модифицированными профилями 84

7 Исследование реверсивных вентиляторов с лопатками с S-образными профилями 93

7.1 S- образные профили 97

7.2 Экспериментальные исследования вентилятора с несимметричными S-образным профилями 99

8 Внедрение 123

Заключение 133

Список используемой литературы 135

Приложение 145

Введение к работе

Актуальность исследования. Осевые вентиляторы являются неотъемлемой частыо энергетических, транспортных и технологических установок. Основным требованием к разрабатываемым вентиляторам является высокая эффективность как на расчетном режиме, так и в широком диапазоне производительности. Существующий метод проектирования осевых вентиляторов, разработанный И.В. Брусиловским, предполагает использование стандартных профилей, имеющих среднюю линию в виде дужки окружности. Метод был апробирован на множестве осевых вентиляторов и показал высокую точность получения расчетного режима, при этом полный КПД вентиляторов может достигать 0,86...0,9. Однако при проектировании осевых вентиляторов наряду с получением высокого КПД на расчетном режиме, могут выдвигаться и дополнительные требования: обеспечение эффективной работы в широком диапазоне режимов, значений углов установки лопаток колеса, 100% реверсирование потока изменением направления вращения колеса без изменения положения лопаток колеса и т.д. Широко используемые в вентиляторах стандартные профили типа NASA-65, NACA-500, DC-10, С-4 не обеспечивают специфических требований к вентиляторам. Поэтому разработка новых классов профилей и метода профилирования является актуальной задачей, особенно в связи с современными требованиями повышения энергоэффективности оборудования. Объектом диссертационного исследования являются осевые вентиляторы, в том числе и реверсивные.

Предметом исследования являются разработка новых классов профилей и создание методики профилирования лопаточных венцов с нестандартными профилями. Цель диссертационной работы:

1. Разработка методики профилирования осевых вентиляторов с целью
возможности использования профилей произвольной формы.

2. Поиск оптимальной формы профилей обеспечивающих:

эффективную работу вентиляторов в широком диапазоне углов установки лопаток колеса;

эффективную работу осевых вентиляторов при прямой и реверсивной работе

и возможность управления реверсивными свойствами вентиляторов. Научная новизна работы состоит в следующем:

а) усовершенствован метод и разработана программа профилирования
лопаточных венцов осевых вентиляторов с профилями произвольной формы;

б) разработана универсальная формула для описания средней линии
профилей, которая дает возможность применять единый метод
профилирования лопаточных венцов с профилями традиционной и
произвольной формы;

в) предложены профили с увеличенной нагрузкой в районе выходной кромки,
применение которых приводит к увеличению диапазона эффективной работы
осевого вентилятора;

г) предложен новый класс реверсивных профилей с несимметричной S-
образной формой средней линии, применение которых приводит к
увеличению эффективности работы осевого вентилятора, как при нормальном,
так и реверсивном режимах и дает возможность управления степенью
реверсивности вентилятора за счет соответствующей установки лопаток
колеса.

Практическая значимость

  1. Разработанная методика может быть использована для профилирования лопаточных венцов осевых вентиляторов с профилями произвольной формы.

  2. Предложенные профили с увеличенной нагрузкой в районе выходной кромки могут быть использованы для разработки высокоэффективных осевых вентиляторов с широким диапазоном эффективной работы.

  3. Новый класс несимметричных S-образных профилей и рекомендации по их применению при профилировании могут быть использованы для разработки высокоэффективных осевых реверсивных вентиляторов с управляемыми реверсивными свойствами.

Основные научные результаты диссертационного исследования.

выносимые на защиту.

1. Методика профилирования лопаточных венцов с любыми, в том числе и с

нестандартными профилями, основанная на методе дискретных вихрей

(МДВ), позволяющая получать рабочий режим вентилятора с высокой

точностью.

  1. Универсальная формула для описания средней линии профилей, которая дает возможность применять единый метод профилирования лопаточных венцов с профилями традиционной и произвольной формы.

  2. Результаты численного моделирования обтекания плоских решеток, состоящих из профилей с различным положением аэродинамической нагрузки по хорде, обтекаемых вязким потоком при наличии отрывов, положение которых определяется при совместном использовании метода дискретных вихрей и численного расчета пограничного слоя.

  3. Результаты аэродинамических исследований осевого вентилятора с лопатками, имеющими профили с увеличенной аэродинамической нагрузкой в районе задней кромки, и сравнение с вентилятором со стандартными профилями.

5. Новый класс реверсивных профилей с несимметричной S-образной
формой средней линии, особенностью которых является возможность
управления реверсивными свойствами вентилятора за счет соответствующей
установки лопаток колеса.

6. Результаты аэродинамических исследований осевого реверсивного
вентилятора с лопатками, имеющими несимметричные S-образные профили, и
его сравнение с реверсивным вентилятором с профилями, имеющими
уменьшенную кривизну профилей.

Достоверность и обоснованность результатов:

а) обоснованность численного метода дискретных вихрей подтверждена
методическими и теоретическими фундаментальными исследованиями,
проведенными представителями научной школы С.М.Белоцерковского;

б) достоверность разработанной методики профилирования осевых
вентиляторов с лопатками, имеющими профили произвольной формы,
подтверждена путем сравнения результатов расчета с данными, полученными
экспериментально на моделях вентиляторов;

г) достоверность представленных экспериментальных данных вытекает из апробированных методик испытаний согласно соответствующему ГОСТу, а также сертифицированным стендам, на которых эти испытания проводились. Апробация результатов работы. Представленные в диссертации результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований докладывались

па: семинаре «Современное оборудование вентиляционных систем» (Москва, МДНТП, 1990); X международной научно-технической конференции по компрессорной технике, Казань, 1995; представлены в материалах: 5* International Conference on Air Distribution in Rooms. Yokohama, JAPAN, July 17-19, 1996; а также Proceedings of the 3th international symposium of experimental and computational aerothermodynamics of internal flows. -Beijing, China. - 1996.

Публикации. Основные научные результаты диссертации отражены в 7
работах, в том числе в 3 статьях перечня изданий, рекомендованного ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из

введения, восьми глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем основной части составляет 134 страницы, библиография включает 96 наименований.

Расчет лопаточной системы осевого вентилятора

Идея использовать вихри для решения гидродинамических задач обтекания крыльев и профилей принадлежит Л. Прандтлю, который в начале 20-го века разработал теорию крыла конечного размаха, сведя проблему об обтекании крыла в невязком несжимаемом потоке к определению интенсивности подковообразной вихревой линии. В дальнейшем теория Прандтля была обобщена на случай произвольной несущей поверхности, обтекание которой симулировали с помощью набора дискретных вихрей, и, более того, с развитием численных методов появилась возможность методом дискретных вихрей (МДВ) моделировать нестационарные и сугубо отрывные течения. Одним из основоположников отечественной школы МДВ был СМ. Белоцерковский. 3.1. Несжимаемый невязкий поток

Известно, что для хорошо обтекаемых объектов, таких как аэродинамические профили и крылья, тонкие тела вращения и т.п., эффекты вязкости в основном проявляют себя только в пограничном слое, а также в турбулентном следе. Вне погранслоя и следа течение с достаточной точностью может рассматриваться как невязкое. Это объясняется тем, что хотя физически коэффициент вязкости потока нулю не равен, силы вязкости вне погранслоя и следа пренебрежимо малы, так как там завихренность потока незначительна и в силу этого отсутствуют касательные напряжения, порождающие трение. В самом же пограничном слое очень велики касательные напряжения, порождающие трение, ответственное за профильное сопротивление. Однако для тонких тел при малых углах атаки и умеренных (больших) числах Рейнольдса, когда нет отрыва потока с поверхности обтекаемого тела, толщина погранслоя обычно очень мала и ею можно пренебречь при расчетах несущих свойств тела (подъемной силы).

Учитывая при этом, что толщина тонкого тела (профиля) сама по себе мало влияет на его несущие характеристики, становится понятно, что невязкая несжимаемая среда является очень удобной моделью для определения несущих характеристик профилей, крыльев и решеток профилей при безотрывном обтекании.

Более того, как показано во многих работах [9,10,], модель невязкого несжимаемого потока может с успехом применяться и при расчетах сугубо отрывных течений. В комбинации с методами расчета пограничного слоя эта модель позволяет установить положение точки отрыва и тем самым смоделировать реальное течение вязкого потока.

Пусть бесконечная решетка профилей обтекается невязким несжимаемым потоком, имеющим скорость на бесконечности перед ней Wx, направление которого составляет угол ах с касательной к средней линии профиля решетки в передней кромке (рис. 3.1). Будем полагать, что обтекание решетки безотрывное. Для отыскания параметров обтекающего решетку потока в любой точке плоскости течения и на поверхности профиля используем метод дискретных вихрей [11]. Согласно этому методу, воздействие решетки профилей на поток заменяется воздействием на него системы цепочек дискретных вихрей бесконечной протяженности, имеющей угол выноса в системе координат XOY, связанной с одним из профилей решетки, равный углу геометрического выноса профилей решетки /? и шаг, равный шагу решетки t. При этом один из вихрей каждой из указанной цепочек располагается на контуре одного из профилей решетки, например на том, с которым связана система координат XOY. Тогда все остальные вихри всех цепочек также будут располагаться на контурах профилей рассматриваемой бесконечной решетки.

При безотрывном обтекании решетки одна из линий тока должна проходить через критическую точку профиля К, совпадать с контуром профиля и сходить в поток с его задней кромки. Физически это означает, что контур профиля является непроницаемым для обтекающего его потока. При моделировании обтекания профилей решетки математически это означает, что поток в любой точке контура профиля направлен по касательной к нему, т.е. нормальная составляющая скорости потока на поверхности профиля должна равняться нулю.

Кроме того, для однозначного определения циркуляции скорости по контуру профиля, а значит, и параметров течения в любой точке плоскости течения, используется постулат Чаплыгина-Жуковского о конечности величины скорости на задней кромке профиля.

Граничное условие непроницаемости контура профиля и условие Чаплыгина-Жуковского на задней кромке являются необходимыми и достаточными условиями для математического моделирования стационарного безотрывного обтекания решетки невязким несжимаемым потоком с заданными параметрами на бесконечности перед ней.

При решении рассматриваемой задачи методом дискретных вихрей [9] N дискретных вихрей располагаются непосредственно на поверхности профилей решетки по определенному закону. Расположенные соответственным образом дискретные вихри на других профилях решетки образуют бесконечные цепочки вихрей. Между дискретными вихрями располагаются контрольные точки, в которых выполняется граничное условие о непротекании поверхности профиля. При этом, как показали методические исследования, выбранный закон их расположения должен обеспечивать выполнение следующего условия в любом месте контура профиля:

Определение характеристик решеток профилей методом дискретных вихрей

С момента своего зарождения метод дискретных вихрей (МДВ), в силу своей простоты и универсальности, обрел много последователей и завоевал большую популярность. Однако по мере своего развития и расширения круга решаемых задач у него появилось достаточно оппонентов, критика которых в основном сводилась к следующему:

Изначально МДВ был разработан для моделирования обтекания тонких профилей и крыльев при безотрывном обтекании в невязкой несжимаемой жидкости. Его применение для решения нелинейных задач (толстые профили, большие углы атаки, отрывные течения и т.п.), пусть даже в невязкой среде, не оправдано.

В реальной вязкой жидкости существует диссипация вихрей во времени, что приводит к изменению их циркуляции. Между тем одно из основных положений МДВ, лежащее в основе всех численных схем, -теорема Кельвина о постоянстве циркуляции свободных вихрей во времени, что ставит под сомнение применение метода для нестационарных и вязких течений, струй и следов.

Не очевидна правомерность совместного применения МДВ и теории погранслоя для расчета вязкого отрывного обтекания тел, требуется обоснование.

Известно, что в нелинейных нестационарных задачах конечный результат может зависеть как от первого приближения, так и от параметров численного метода (число вихрей N, интервал по времени At). Требуется доказать, что при N — оо, At — 0, МДВ приводит к истинному ответу.

Чтобы доказать корректность метода, разработчиками МДВ была проделана огромная работа, в некотором роде даже более сложная, чем при создании самого метода. Были исследованы математические аспекты использования дискретных вихрей при решении сингулярных интегральных уравнений [Белоцерковский СМ., Лифанов И.К. Численные методы в сингулярных интегральных уравнениях.-М.:Наука,1985], доказана сходимость метода при N — оо, At — О для многих решаемых задач, показано совпадение результатов расчета с имеющимися теоретическими и точными решениями, а главное - показано соответствие расчетов с многочисленными экспериментальными данными и натурными испытаниями. 4.1. Постановка задачи и метод расчета

Была поставлена задача теоретического исследования решеток профилей с целью определения класса профилей, которые бы имели меньшие профильные потери по сравнению со стандартными, и экспериментальное подтверждение теоретических результатов. Теоретические исследования выполнены по программе расчета нестационарного отрывного обтекания решеток профилей, разработанной в ВВИА им. Н.Е.Жуковского творческой группой, возглавляемой В.Н.Котовским.

Численное моделирование обтекания решеток, составленных из гладких телесных профилей, в вязкой жидкости сопряжено с преодолением ряда существенных трудностей. Во-первых, заранее неизвестен характер обтекания профиля: отрывной или безотрывный, во-вторых, при отрывном обтекании неизвестно количество точек отрыва и их место расположения, в третьих, неизвестен тип погранслоя (ламинарный или турбулентный) вдоль поверхности профиля и т.д. Если же заранее принята определенная модель течения, то задача существенно упрощается, как, например, это сделано в работе [62] при расчете стационарного турбулентного течения через решетку профилей большой кривизны с отрывом потока на входной кромке и с последующем его присоединении.

В диссертации используется метод, предложенный в [46], позволяющий в общей постановке без каких либо ограничений рассчитывать течение вязкой жидкости через решетку с профилями произвольной формы.

Количество возможных точек отрыва и их месторасположение на профиле заранее не постулируется, а находится в процессе расчета. Используется подход, основанный на сочетании модели идеальной жидкости для тела конечной толщины [11,46] в основной части течения с теорией пограничного слоя в области, непосредственно примыкающей к поверхности тела. Задача решается в нестационарной постановке: из состояния покоя жидкость начинает натекать на решетку с заданным полем скоростей (обычно это равномерный поток с заданным углом входа в решетку). По мере развития течения вокруг профиля формируется пограничный слой, образуются точки отрыва потока и вихревые пелены, сходящие с профиля. С течением времени структура обтекания стабилизируется, параметры потока выходят на свои асимптотические значения, которые в итоге и принимаются за характеристики установившегося потока.

Если на верхней или нижней поверхностях профиля в точке R возникает отрыв пограничного слоя, то за точкой отрыва из области В в область А выносится цепочка свободных вихрей АЛ, вбирающих в себя поток завихренности пограничного слоя перед точкой отрыва. В расчетах полагается, что все профили решетки находятся в одинаковых условиях. Течение в области А рассчитывалось методом дискретных вихрей с учетом следующих особенностей. На участке существования пограничного слоя (в соответствии с рис. 4.1 на верхней поверхности, на всей нижней поверхности и от передней критической точки К до точки отрыва R на верхней поверхности) толщину профиля увеличивали на величину д , равную толщине вытеснения пограничного слоя [82]. На полученной поверхности располагаются N дискетных суммарных вихрей Гг+ , заменяющих присоединенный и свободный вихревой слой, и N+1 контрольных точек V, в которых выполняются граничные условия.

Теоретическое исследование влияния формы средней линии профиля на характеристики решетки профилей

Осевые вентиляторы общепромышленного исполнения не являются симметричными относительно направления течения. При нормальном течении поток безотрывно обтекает втулку, которая, как правило, имеет обтекатель, а стойки крепления электродвигателя несколько уменьшают закрутку потока за колесом. При реверсивном течения в вентиляторах схемы К имеют место следующие основные отличия от нормального течения: - поток натекает на двигатель, при этом обтекает втулку, имеющую острую кромку; - сохраняется закрутка потока на выходе из колеса.

В обычных осевых вентиляторах схемы К+СА имеют место те же отличия, но при реверсировании течения лопатки СА являются входным направляющим аппаратом (ВНА), который создает подкрутку потока по направлению вращения, тем самым уменьшая давление вентилятора. В реверсивных вентиляторах схемы К+СА лопатки СА всегда поворотные (или по крайней мере их закрылки).

Реверсивные свойства вентилятора принято оценивать степенью реверсивности R - отношением производительности вентилятора при реверсивном режиме к производительности при нормальном режиме при работе вентилятора на одну и ту же сеть.

Из-за конструктивной несимметрии осевые вентиляторы имеют различные аэродинамические характеристики при нормальном и реверсивном течении, соответственно и степень реверсивности, отличную от 100%. Введем некоторые понятия, характеризующие симметрию осевых вентиляторов: - симметричное рабочее колесо - колесо, у которого обтекание лопаток при прямом и обратном течениях будет происходить при одинаковых условиях, следовательно, аэродинамические характеристики будут абсолютно одинаковы при нормальном и реверсивном течениях; - конструктивно симметричный вентилятор - вентилятор, который имеет симметрию относительно плоскости вращения колеса (при этом колесо может не иметь симметрии); - аэродинамически симметричный вентилятор - вентилятор, имеющий абсолютно одинаковые аэродинамические характеристик при нормальном и реверсивном течении (вентилятор имеет симметричное колесо и обладает конструктивной симметрией). Необходимыми условиями аэродинамически симметричного вентилятора является симметричное колесо и конструктивная симметрия самого вентилятора. Аэродинамически симметричные вентиляторы имеют абсолютно одинаковые аэродинамические характеристики при нормальном и реверсивном режимах и, следовательно, степень реверсивности R=100% при любых режимах работы. Схема I - реверсирование течения поворотом лопаток колеса на угол 180 с одновременным изменением направления вращения. При этом лопатки спрямляющего аппарата поворачиваются в реверсивное положение (но при этом имеют обратную крутку). Это наиболее эффективный способ реверсирования, так как лопатки при реверсировании течения работают абсолютно в таких же условиях, как и при нормальном течении. Если вентилятор состоит из одного колеса (схема К) и является конструктивно симметричным, то его аэродинамические характеристики при нормальном и реверсивном течении при повороте лопаток на угол 180 будут абсолютно одинаковыми, то есть степень реверсивности R=100% на всех режимах. Схема II - реверсирование изменением направления вращения без поворота лопаток колеса, при этом лопатки СА поворачиваются в реверсивное положение. Это наиболее простой и часто используемый способ реверсирования. В реверсивном режиме лопатки колеса образуют конфузорные каналы, при этом кривизна профилей обратная той, которая необходима для поворота потока в решетке. Это приводит к срыву потока сразу же на передней кромки и к резкому ухудшению аэродинамических характеристик вентилятора. Схема III - реверсирование поворотом лопаток колеса на угол 180-2вк без изменения направления вращения, при этом лопатки С А поворачиваются в реверсивное положение. При этом способе реверсирования закон изменения угла установки профилей лопатки по радиусу противоположный тому, который имеет место при нормальном течении, то есть лопатки имеют обратную крутку. Из-за обратной крутки обтекание в периферийных сечениях происходит с большими углами атаки, что наряду с обтеканием острых (задних) кромок лопаток приводит к большим потерям и ухудшению аэродинамических характеристик вентилятора при реверсировании. Во всех случаях при реверсировании вентиляторов схемы К+СА кроме отмеченных потерь имеют место потери из-за неоптимальной формы лопаток спрямляющего аппарата, так как они в реверсивном режиме имеют обратную крутку. В дальнейшем рассматривается только II способ реверсирования, а именно изменением направления вращения. Аэродинамические характеристики осевого вентилятора схемы К при реверсировании изменением направления вращения без поворота лопаток колеса могут быть улучшены: а) за счет уменьшения кривизны (относительного прогиба) профилей; б) за счет использования специальных, реверсивных, профилей. В обоих случаях в разной мере несколько ухудшаются аэродинамические характеристики прямого течения. Вентиляторы с профилями уменьшенной кривизны (или вообще нулевой кривизны - плоские лопатки) достаточно хорошо исследованы, а их профилирование не вызывает трудностей, так как в них используются стандартные профили [19,58]. Наиболее эффективным является использование S-образных профилей. Аэродинамические характеристики осевого вентилятора схемы К при реверсировании изменением направления вращения без поворота лопаток колеса могут быть улучшены только за счет использования специальных S-образных профилей, по форме напоминающими латинскую букву S. Средняя линия S- образного профиля (рис. 7.4) может быть описана зависимостями, приведенными в главе 4 [59].

Экспериментальные исследования вентилятора с лопатками с модифицированными профилями

Вентилятор имеет схему К и рассчитан на параметры средне-нагруженного туннельного вентилятора: - коэффициент теоретического давления: у/т =0,185; - коэффициент производительности вентилятора р = 0,17; - относительный диаметр втулки v =0,355. Расчетная степень реверсивности R=90% (реверсирование течения -изменением направления вращения). Для обеспечения заданной степени реверсивности были использованы несимметричные -образные профили со средней линией, имеющей параметры х =0,3 и к=1,3.На рис. 8.8 представлена зависимость коэффициента теоретического давления у/т от коэффициента осевой скорости (ра при двух углах установки лопаток 0К=\1 и 19. Интерполяцией экспериментальных значений у/т получено, что на расчетном угле 0К =18 и при расчетном значении коэффициента осевой скорости (ра = 0,195, коэффициент теоретического давления tyT= 0,188, таким образом, точность профилирования лопаточной системы составила 1,6%. Аэродинамические характеристики при нормальном и реверсивном течении приведены на рис. 8.9 (лопатки установлены в «нормальном» положении). Максимальный полный КПД вентилятора равен 75%, а при реверсировании течения - 63%. Аэродинамические характеристики вентилятора при прямой и реверсивной работе с 2-мя рядом расположенными лопатками, повернутыми в реверсивное положение (6Г=\1) приведены на рис. 8.10. Максимальный полный КПД вентилятора практически не изменился и составляет приблизительно 75%, а при реверсировании течения увеличился и составляет 64%. Степень реверсивности также увеличилась и равна R= 0,91. Следует отметить, что коэффициент потребляемой мощности при реверсировании не превышает таковой при нормальном течении. Аэродинамические характеристики вентилятора при прямой реверсивной работе с 4-мя лопатками, повернутыми в реверсивное положение (#г=17). Результаты приведены на рис. 8.11. Как видно, максимальный полный КПД вентилятора в указанном диапазоне уменьшился до 72,5%, но степень реверсивности Таким образом, используя несимметричные S-образные профили можно управлять степенью реверсивности вентилятора за счет различной установки лопаток колеса.

Усовершенствован метод и разработана программа профилирования лопаточных венцов осевых вентиляторов с профилями произвольной формы. Аэродинамические испытания вентиляторов, рассчитанных с помощью данного метода, подтвердили его высокую точность: экспериментальное значение коэффициента теоретического давления укладывается в диапазоне ±4% от расчетного значения.

Разработана универсальная формула для описания средней линии профилей, которая дает возможность применять единый метод профилирования лопаточных венцов с профилями традиционной и произвольной формы.

В результате численного моделирования вязкого отрывного течения в плоских решетках профилей, отличающихся различным распределением аэродинамической нагрузки по хорде, было определено, что минимальные потери имеют профили с увеличенной аэродинамической нагрузкой в районе задней кромки. 4. На примере высоконагруженного осевого вентилятора с лопатками колеса, имеющими профили с увеличенной аэродинамической нагрузкой в районе задней кромки, была подтверждена эффективность такого типа профилей. Вентилятор имеет более широкую область эффективной работы, чем вентилятор со стандартными профилями. 5. Для лопаток осевых реверсивных вентиляторов предложен новый класс профилей с несимметричной S-образной формой средней линии, особенностью которых является возможность управления реверсивными свойствами вентилятора за счет соответствующей установки лопаток колеса. 6. Использование профилей этого класса позволяет обеспечить высокую степень реверсивности вентиляторов только за счет изменения направления вращения колеса без перестановки лопаток колеса. 7. Аэродинамические испытания осевого реверсивного вентилятора показали что вентилятор с лопатками, имеющими несимметричные S- образные профили имеет больше КПД как при нормальном, так и при реверсивном режимах работы, по сравнению с вентилятором, имеющим лопатки со стандартными профилями. 8. Представлены схемы и аэродинамические характеристики высокоэффективных вентиляторов с лопатками специальной формы, разработанных с использованием предложенной методики и серийно выпускаемых отечественными предприятиями и зарубежными фирмами.

Похожие диссертации на Методика проектирования и разработка энергоэффективных осевых вентиляторов с профилями лопаток специальной формы