环状叶轮轴流风扇的气动性能和噪声研究

摘要

为提高轴流风扇气动性能并降低其工作噪声，受环形螺旋桨结构启发，以风扇用轴流叶轮为研究对象，提出了一种新型的环状叶轮结构并给出其参数设计流程和方法。通过提取原型叶轮叶型基本参数，调整叶轮基元级型线，对扇叶部分进行几何重构。采用光顺曲线连接叶顶涡环结构完成环状叶轮设计。基于数值仿真计算方法研究了环状叶轮对风扇气动性能和气动噪声的影响机制。结合实验测试方法对环状叶轮轴流风扇设计的有效性进行验证。仿真结果表明，采用环状叶轮改善了叶片表面的压力分布状态及整机流场速度分布的均匀性，提高了风扇的有效送风距离；同时，涡环结构有效抑制了叶轮叶顶脱落涡的强度和扩散范围，减小了主流区域的湍动能强度。实验结果表明，相对于原型轴流风扇，同转速的3种工况下环状叶轮风扇最大风速均有提升，噪声及功率有所降低。在相同噪声工况条件下，环状叶轮风扇最大风速提升了20.0 m·min^-1,功率基本不变。当最大风速保持不变时，环状叶轮风扇的噪声值最大降低了1.5 dB,功率最大降幅约为13.9%。

关键词

轴流风扇 / 环状叶轮 / 气动性能 / 气动噪声

基金资助

陕西省重点研发计划资助项目（2023-YBGY-280）