導(dǎo)葉形式對(duì)于兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的影響

周飛，葉學(xué)民，李優(yōu)，李春曦

導(dǎo)葉形式對(duì)于兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的影響

周飛，葉學(xué)民，李優(yōu)，李春曦

（華北電力大學(xué) 動(dòng)力工程系，河北 保定 071003）

為探究導(dǎo)葉形式和結(jié)構(gòu)對(duì)軸流風(fēng)機(jī)的影響，選取某兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，構(gòu)建了不同的導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)方案，方案一是將所有短導(dǎo)葉變?yōu)殚L導(dǎo)葉；方案二是將空心導(dǎo)葉改為長導(dǎo)葉；方案三是所有葉片均為長葉片。采用FLUENT軟件進(jìn)行三維定常數(shù)值模擬，分析了不同方案下風(fēng)機(jī)性能和內(nèi)流特征，得到最優(yōu)的方案。研究表明，方案三是將所有導(dǎo)葉變?yōu)殚L葉片，風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)流量下全壓和效率達(dá)到最佳，較原結(jié)構(gòu)分別提升3.8%和1.8%；減少了相鄰葉片之間流體的摻混，一級(jí)靜葉區(qū)和二級(jí)動(dòng)葉區(qū)流場得到改善；第二級(jí)動(dòng)葉總壓升系數(shù)有較大提升，風(fēng)機(jī)整體做功能力變強(qiáng)。

動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)；導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)；內(nèi)流特征；性能

0 引言

兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)具有效率高、噪聲小、流量大等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為大容量機(jī)組送、引風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)的主要選擇[1-3]。軸流機(jī)械中，導(dǎo)葉具有改變流動(dòng)方向以及減少流動(dòng)損失的作用，其結(jié)構(gòu)形式可改變上下游動(dòng)葉區(qū)的做功能力[4]，進(jìn)而影響整個(gè)葉輪的機(jī)械效率和經(jīng)濟(jì)性。因此，進(jìn)一步探索導(dǎo)葉形式和結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響。

導(dǎo)葉位置對(duì)于流體機(jī)械性能的影響已開展了許多研究。文獻(xiàn)[5-6]發(fā)現(xiàn)適當(dāng)增加導(dǎo)葉進(jìn)口安裝角可以有效提高軸流泵在大流量下的效率，同時(shí)導(dǎo)葉進(jìn)口安裝角過小會(huì)導(dǎo)致水泵高效區(qū)范圍變小。文獻(xiàn)[7]模擬分析了兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的第一級(jí)導(dǎo)葉周向和軸向位置對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響。文獻(xiàn)[8]發(fā)現(xiàn)當(dāng)葉輪葉片數(shù)和導(dǎo)葉數(shù)不變時(shí)，葉輪出口至導(dǎo)葉進(jìn)口距離過大或過小，導(dǎo)葉水力損失將增大，出水流道水力損失增大，泵整體效率將下降。

在導(dǎo)葉數(shù)量方面，文獻(xiàn)[9]探索了不同導(dǎo)葉數(shù)下的立式斜流泵性能的影響，泵內(nèi)水力損失隨導(dǎo)葉數(shù)增加而增大，導(dǎo)葉數(shù)為3時(shí)，導(dǎo)葉出口速度分布較為合理。文獻(xiàn)[10]通過改變兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)兩級(jí)導(dǎo)葉數(shù)目，增加導(dǎo)葉數(shù)目方案效果不如導(dǎo)葉數(shù)方案明顯。文獻(xiàn)[11]認(rèn)為不同導(dǎo)葉數(shù)下泵揚(yáng)程基本不變，但是效率受葉片數(shù)影響較大，尤其大流量下葉片數(shù)越多，效率越低。

目前研究主要探討導(dǎo)葉位置及導(dǎo)葉數(shù)目對(duì)性能的影響，而對(duì)導(dǎo)葉形式和結(jié)構(gòu)對(duì)軸流風(fēng)機(jī)的影響鮮有報(bào)道。為此，本文針對(duì)帶后置導(dǎo)葉的兩級(jí)軸流風(fēng)機(jī)，其第一級(jí)導(dǎo)葉同時(shí)具有空心葉片、長葉片和短葉片，構(gòu)建不同的3種方案，采用數(shù)值模擬的研究方法，對(duì)比各方案下的性能與內(nèi)流特征，確定最優(yōu)方案。

1 計(jì)算模型

1.1 模型及參數(shù)

本文所選風(fēng)機(jī)為某兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要參數(shù)如表1所示。風(fēng)機(jī)第一級(jí)導(dǎo)葉葉片分布不均勻，其包含短導(dǎo)葉、長導(dǎo)葉、與長導(dǎo)葉等長的空心葉片。3種改造方案皆針對(duì)第一級(jí)導(dǎo)葉進(jìn)行改造，方案一是將所有短導(dǎo)葉變?yōu)殚L導(dǎo)葉；方案二是將空心導(dǎo)葉改為長導(dǎo)葉；方案三是所有葉片均為長葉片，其葉片數(shù)量如表2所示。

圖1 兩級(jí)動(dòng)葉軸流可調(diào)風(fēng)機(jī)模型圖

1.2 計(jì)算方法及邊界條件

控制方程采用連續(xù)性方程和三維雷諾時(shí)均N-S運(yùn)動(dòng)方程，湍流模型采用Realizable-模型，此模型可以有效解決旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、二次流及回流情況，壓力速度耦合采用Simplec算法，控制方程中的變量及粘性參數(shù)均采用二階迎風(fēng)格式離散，近壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。集流器作為整個(gè)計(jì)算域的入口，采用速度入口，和通過經(jīng)驗(yàn)公式確定，擴(kuò)壓器作為計(jì)算域的出口，采用自由出流邊界條件。進(jìn)出口體積流量殘差小于10–5，各方向的速度及、等參數(shù)的殘差小于10–4，可認(rèn)為計(jì)算已收斂。

表1 軸流風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)

表2 各方案下不同導(dǎo)葉數(shù)

1.3 網(wǎng)格無關(guān)性

基于風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，沿軸向依次將計(jì)算域分為集流器區(qū)、動(dòng)葉區(qū)、導(dǎo)葉區(qū)、擴(kuò)壓器區(qū)，并分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分，動(dòng)葉區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格加密確保結(jié)果的精準(zhǔn)度，動(dòng)葉網(wǎng)格如圖2所示。為驗(yàn)證網(wǎng)格數(shù)量的無關(guān)性，選取5組不同數(shù)量的網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)為595萬、684萬、796萬、875萬和987萬，在設(shè)計(jì)流量下（v=424 m3/s）進(jìn)行數(shù)值模擬，所得結(jié)果如圖3所示。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)超過796萬時(shí)，壓力值和效率值不再發(fā)生顯著變化，同時(shí)考慮到計(jì)算時(shí)長與計(jì)算資源，決定采用796 萬網(wǎng)格進(jìn)行整機(jī)模擬計(jì)算。

圖2 網(wǎng)格劃分示意圖

圖3 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證

2 風(fēng)機(jī)性能

2.1 整機(jī)性能

圖4是不同方案下的性能對(duì)比。與原結(jié)構(gòu)相比較，方案三在全流量下全壓都有較大提高，平均提高約為5.2%，方案二僅在小流量下（v<424 m3/s）全壓有增加，且增加量隨流量增大而減少，方案一與原結(jié)構(gòu)全壓曲線基本重合。圖4（b）對(duì)比了不同方案下的效率。與壓力曲線相似，在研究流量范圍內(nèi)，方案三的效率有很大程度提高，平均達(dá)3.5%，方案二在小流量下提升效果明顯，而方案一則有一定程度的下降。綜上，方案三無論是在全壓還是效率的提升都是最大，方案一擁有最差的性能，造成這種情況的原因可能有3個(gè)方面：空心葉片變?yōu)殚L葉片，僅在厚度上發(fā)生變化，增加了通流面積；短葉片改為長葉片僅是在軸向方向上長度變化，減少了尾部損失；原結(jié)構(gòu)不僅同時(shí)擁有3種不同結(jié)構(gòu)的導(dǎo)葉，且分布不均勻。方案三即將所有葉片改為長葉片使結(jié)構(gòu)更對(duì)稱，流動(dòng)更加均勻，減少了流動(dòng)損失。

圖4 導(dǎo)葉形式對(duì)性能的影響

2.2 軸功率

軸功率sh定義為單位時(shí)間內(nèi)原動(dòng)機(jī)傳遞給風(fēng)機(jī)軸上的能量，其大小可反映風(fēng)機(jī)的能耗。圖5為設(shè)計(jì)流量下軸功率的對(duì)比，該圖表明，3種方案的軸功率較原結(jié)構(gòu)都有一定程度的升高，方案三下軸功率升高最多，約60 kW。結(jié)合幾種方案的效率和全壓情況，方案三雖軸功率有輕微升高，但相對(duì)于其他方案，其對(duì)性能的提升是顯著的，因此為最佳方案。下文將只比較方案三與原結(jié)構(gòu)，另兩種方案將不予討論。

圖5 不同方案下軸功率

為探究方案三對(duì)軸流風(fēng)機(jī)整體的影響，從集流器入口到擴(kuò)壓器出口，沿軸向等距取20個(gè)截面，得到全壓、靜壓、動(dòng)壓的軸向分布。圖6表明，方案三并不改變整體壓力趨勢(shì)，改造前后變化主要體現(xiàn)在靜壓和全壓的提升，兩條動(dòng)壓曲線基本吻合。在軸向位置1~2 m處，此時(shí)流體經(jīng)過一級(jí)動(dòng)葉區(qū)，動(dòng)壓不斷轉(zhuǎn)化為靜壓，加上葉片對(duì)與流體的推動(dòng)作用，靜壓以及全壓得到大幅度提升。軸向位置2~3 m處，一級(jí)導(dǎo)葉起到導(dǎo)向作用，方案三較原結(jié)構(gòu)靜壓增加明顯，同時(shí)全壓也較原結(jié)構(gòu)上升約800 Pa。經(jīng)過第2級(jí)動(dòng)、導(dǎo)葉作用后，全壓基本不再變化，動(dòng)、靜壓也開始趨于平穩(wěn)。

圖6 風(fēng)機(jī)軸向壓力分布

3 內(nèi)流特征

3.1 導(dǎo)葉進(jìn)、出口的壓力分布

為分析導(dǎo)葉改造對(duì)內(nèi)流特征的影響，圖7和圖8分別給出了原結(jié)構(gòu)和方案三下第一級(jí)導(dǎo)葉進(jìn)、出口的壓力分布。由圖7可知，原結(jié)構(gòu)下進(jìn)、出口總壓大小基本無變化，葉片頂部附近高低壓區(qū)域交替出現(xiàn)，總壓沿葉片底部至頂部增加?？招娜~片一側(cè)壓力梯度較大，且高壓影響區(qū)域比其他葉片更廣，導(dǎo)致了氣體在通道內(nèi)流動(dòng)不均勻，對(duì)第二級(jí)動(dòng)葉做功產(chǎn)生不利影響。方案三下進(jìn)、出口總壓分布與原結(jié)構(gòu)類似，但將葉片都換為長葉片使總壓整體分布更均勻，整體總壓較原結(jié)構(gòu)提升約500~800 Pa。

圖9和圖10表明，導(dǎo)葉靜壓梯度主要沿周向變化。原結(jié)構(gòu)下靜壓最低區(qū)主要集中在空心葉片底部，約0~2 000 Pa，流體經(jīng)過導(dǎo)葉作用后，靜壓梯度沿周向分布更明顯，整體靜壓提升約800~1 000 Pa。與原結(jié)構(gòu)相比，方案三導(dǎo)葉進(jìn)口整體靜壓分布更具有規(guī)律性，呈17個(gè)周向均勻的區(qū)域，靜壓沿周向線性變化。對(duì)比改造前后，方案三即把所有的葉片改為單一長葉片使流體在通道內(nèi)流動(dòng)更均勻，減少了流動(dòng)損失，整體總壓提升主要體現(xiàn)在靜壓上，靜壓提升約1 000 Pa，總壓提升約500~800 Pa，與圖6吻合，因此說明方案三對(duì)改善內(nèi)流特征和提高風(fēng)機(jī)性能都有很大作用。

圖7 原結(jié)構(gòu)第一級(jí)導(dǎo)葉區(qū)的總壓分布

圖8 方案三第一級(jí)導(dǎo)葉區(qū)的總壓分布

圖9 原結(jié)構(gòu)第一級(jí)導(dǎo)葉區(qū)的靜壓分布

圖10 方案三第一級(jí)導(dǎo)葉區(qū)的靜壓分布

3.2 動(dòng)葉表面壓力分布

圖11和圖12對(duì)比了原結(jié)構(gòu)和方案三下第二級(jí)動(dòng)葉區(qū)葉片表面的總壓分布，以便觀察方案三對(duì)動(dòng)葉區(qū)內(nèi)流特征的影響。原結(jié)構(gòu)下壓力面在前緣頂部出現(xiàn)一小段壓力較低區(qū)域（<9 000 Pa），在尾緣頂部30%處形成較大范圍高壓區(qū)（>16 000 Pa），隨后因靠近流道出口，受尾流影響，壓力下降至約14 000 Pa。吸力面沿前緣至尾緣的總壓逐漸升高，前緣存在細(xì)長條低壓區(qū)，這是因?yàn)闅饬鹘?jīng)過吸力面前緣時(shí)，不能有效附著在葉片表面導(dǎo)致流動(dòng)分離的產(chǎn)生。同時(shí)，在葉頂靠近前緣約20%~40%處存在整個(gè)吸力面的總壓最低區(qū)域，這是葉頂間隙泄漏流引起的，約3 000 Pa。方案三的葉片整體總壓分布與原結(jié)構(gòu)大致相同，方案三壓力面前緣頂部的壓力較小區(qū)范圍變小，從底部至25%葉高處，整體壓力上升了約1 000 Pa，改造前后吸力面壓力分布無明顯變化。

圖11 原結(jié)構(gòu)第二級(jí)動(dòng)葉表面總壓分布

圖12 方案三第二級(jí)動(dòng)葉表面總壓分布

3.3 軸向壓力、速度分布

為進(jìn)一步探究第一級(jí)導(dǎo)葉對(duì)第二級(jí)動(dòng)葉的影響，在50%葉高處取截面進(jìn)行分析。因?qū)~結(jié)構(gòu)的特殊性，原結(jié)構(gòu)下沿周向存在連續(xù)分布的長、短和空心葉片，圖13給出了總壓分布，導(dǎo)葉進(jìn)出口總壓基本不變。空心葉片吸力面存在壓力較大區(qū)域，約11 000 Pa，其尾緣處至第二級(jí)動(dòng)葉流道入口流場變化梯度大，短葉片壓力面存在一壓力較小區(qū)域A（<8 000 Pa），影響范圍從入口一直延續(xù)到出口。方案三下全壓整體提升約1 000 Pa，靜葉區(qū)壓力分布更均勻，區(qū)域B處壓力梯度變小。如圖14所示，原結(jié)構(gòu)下空心、長葉片吸力面前緣處有明顯低壓區(qū)，空心葉片壓力面尾緣有一小片低壓區(qū)域C，短葉片尾緣至靜葉區(qū)出口兩個(gè)相鄰流道內(nèi)靜壓較大。方案三下區(qū)域C消失，不同流道間流體基本無摻混，靜壓周向分布變均勻。

圖13 50%葉高截面處的軸向總壓分

圖14 50%葉高截面處的軸向靜壓分布

軸向速度分布反映了流道內(nèi)的流量分布和流動(dòng)分離特征。圖15顯示，在空心葉片吸力面形成一半橢圓形高速區(qū)域D，速度高于90 m/s；因葉片厚度較厚，流體在尾緣堆積，存在速度較小區(qū)域E，同時(shí)也造成下游動(dòng)葉壓力側(cè)速度較?。?50 m/s）。短葉片壓力側(cè)形成條狀小速度區(qū)，約70 m/s，速度小的流體接觸到動(dòng)葉前端，在壓力側(cè)形成速度較小區(qū)域F。改造后，區(qū)域E基本消失，減少了能量損失，同時(shí)下游動(dòng)葉壓力側(cè)速度場得到改善。原短葉片位置壓力側(cè)速度提高，區(qū)域F速度提升至60 m/s。

圖15 50%葉高截面處的軸向速度分布

綜上，采用方案三即將所有葉片改為長葉片，一級(jí)靜葉區(qū)和二級(jí)動(dòng)葉區(qū)流場得到改善，且葉片尾緣處減少了相鄰葉片流體的摻混，壓力、速度分布更加均勻，尾部流動(dòng)分布更優(yōu)，這也是改造后全壓和效率上升的重要原因之一。

沿不同葉高處總壓系數(shù)能夠反映不同葉高處動(dòng)葉的做功能力[12]。圖16表明，第一級(jí)動(dòng)葉總壓升系數(shù)在設(shè)計(jì)流量下沿葉高呈遞減趨勢(shì)，且改造前后基本不變，方案三下第二級(jí)動(dòng)葉總壓升系數(shù)較原結(jié)構(gòu)有較大提升，葉輪做功能力得到增強(qiáng)。

圖16 設(shè)計(jì)流量下不同葉高處的總壓升系數(shù)

4 結(jié)論

（1）導(dǎo)葉形式和結(jié)構(gòu)對(duì)軸流風(fēng)機(jī)性能有較大影響。全壓方面，與原結(jié)構(gòu)相比，方案一下的全壓略有減小，方案二在小流量下有小幅上升，而方案三在全流量范圍內(nèi)有明顯提升，平均提高約5.2%；效率方面，方案一效果較差，方案二和方案三在全流量范圍都有顯著提升，方案三效果更好，平均提升達(dá)到3.5%。

（2）第一級(jí)導(dǎo)葉改造對(duì)內(nèi)流特征產(chǎn)生影響。采用等長的長葉片時(shí)，一級(jí)靜葉區(qū)和二級(jí)動(dòng)葉區(qū)流場得到改善，且葉片尾緣處減少了相鄰葉片流體的摻混，壓力、速度分布更加均勻，尾部流動(dòng)分布更優(yōu)；方案三下第二級(jí)動(dòng)葉壓力面前緣頂部的壓力較小區(qū)范圍變小，整體壓力上升了約1 000 Pa，改造前后吸力面壓力分布無明顯變化；第二級(jí)動(dòng)葉總壓升系數(shù)在設(shè)計(jì)流量下有較大增加，增強(qiáng)了做功能力。

[1] 丁學(xué)亮, 葉學(xué)民, 李春曦. 軸流風(fēng)機(jī)葉片展向結(jié)構(gòu)變化對(duì)性能影響的數(shù)值分析[J]. 流體機(jī)械, 2015, 43(9): 43-49. DING XUELIANG, YE XUEMIN, LI CHUNXI. Numerical analysis on the effect of varied blade spanwise structure on an axial flow fan performance[J]. Fluid Machinery, 2015, 43(9): 43-49(in Chinese).

[2] YE X M, ZHANG J, LI C. Effect of blade tip pattern on performance of a twin-stage variable-pitch axial fan[J]. Energy, 2017, 126: 535-563.

[3] ZHANG L, ZHANG L, ZHANG Q, et al. Effects of the second-stage of rotor with single abnormal blade angle on rotating stall of a two-stage variable pitch axial fan[J]. Energies, 2018, 11(12).

[4] 劉宏凱, 葉學(xué)民, 范福偉, 等. 長短復(fù)合導(dǎo)葉對(duì)兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)性能的影響[J]. 流體機(jī)械, 2019, 47(7): 27-33. LIU HONGKAI, YE XUEMIN, FAN FUWEI, et al. Influence of long-short composite guide vanes on performance of two-stage variable-pitch axial fan[J]. Fluid Machinery, 2019, 47(7): 27-33(in Chinese).

[5] 嚴(yán)天序, 劉超, 查智力, 等. 導(dǎo)葉進(jìn)口安放角對(duì)軸流泵性能的影響[J]. 水利水電技術(shù), 2018, 49(6): 72-78. YAN TIANXU, LIU CHAO, ZHA ZHILI, et al. Influence of installation angle of guide-vane inlet on axial flow pump performance[J]. Hydroelectric Technology, 2018, 49(6): 72-78(in Chinese).

[6] 任向軒, 湯方平, 石麗建, 等. 導(dǎo)葉葉片數(shù)對(duì)軸流泵水力性能的影響[J]. 中國農(nóng)村水利水電, 2020(9): 75-79. REN XIANGXUAN, TANG FANGPING, SHI LIJIAN, et al. Effect of the vane number on hydraulic performance of axial flow pumps[J]. China Rural Water and Hydropower, 2020(9): 75-79(in Chinese).

[7] 葉學(xué)民, 李新穎, 李春曦. 第一級(jí)導(dǎo)葉改進(jìn)對(duì)兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)性能的影響[J]. 動(dòng)力工程學(xué)報(bào), 2014, 34(3): 228-235. YE XUEMIN, LI XINYING, LI CHUNXI. Effects of first-stage guide vane improvement on performance of two-stage variable vane axial flow fan[J]. Chinese Journal of Power Engineering, 2014, 34(3): 228-235(in Chinese).

[8] 郭楚, 鄭源, 周大慶, 等. 導(dǎo)葉葉片數(shù)及導(dǎo)葉相對(duì)位置對(duì)低揚(yáng)程軸流泵裝置性能的影響[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2019, 37(3): 204-210. GUO CHU, ZHENG YUAN, ZHOU DAQING, et al. Effects of number and relative position of guide vanes on performance of a low head axial-flow pump device[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2019, 37(3): 204-210(in Chinese).

[9] 楊從新, 蘇曉珍, 李強(qiáng), 等. 不同導(dǎo)葉數(shù)對(duì)立式斜流泵水力特性影響的研究[J]. 人民長江, 2014, 45(19): 68-71. YANG CONGXIN, SU XIAOZHEN, LI QIANG, et al. Influence of different guide vane numbers on hydraulic characteristics of vertical oblique flow pump[J]. Yangtze River, 2014, 45(19): 68-71(in Chinese).

[10] 李劍, 劉宏凱, 童家麟, 等. 導(dǎo)葉數(shù)目對(duì)兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)性能的影響[J]. 可再生能源, 2020, 38(5): 641-646. LI JIAN, LIU HONGKAI, TONG JIALIN, et al. Effects of guide vane number on performance of a two-stage variable-pitch axial fan[J]. Renewable Energy Sources, 2020, 38(5): 641-646(in Chinese).

[11] 顧麗瓊, 潘張宇, 陳新華, 等. 葉片數(shù)對(duì)軸流泵水力性能的影響[J]. 水利科技與經(jīng)濟(jì), 2018, 24(6): 47-52. GU LIQIONG, PAN ZHANGYU, CHEN XINHUA, et al. Effect of leaf number on axial-flow pump hydraulic performance[J]. Water Conservancy Science and Technology and Economy, 2018, 24(6): 47-52(in Chinese).

[12] 葉學(xué)民, 李新穎, 李春曦. 兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)流特征的數(shù)值模擬[J]. 動(dòng)力工程學(xué)報(bào), 2013, 33(11): 871-877. YE XUEMIN, LI XINYING, LI CHUNXI. Numerical simulation on internal flow field of a two-stage variable vane axial flow fan[J]. Chinese Journal of Power Engineering, 2013, 33(11): 871-877(in Chinese).

Influence of Guide Vane Form on a Two-stage Axial Flow Fan with Adjustable Blades

ZHOU Fei, YE Xuemin, LI You, LI Chunxi

(Department of Power Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)

To explore the influence of the guide vane form and configuration on axial flow fans, a two-stage axial flow fan with adjustable blades is selected in this study, and different guide vane schemes are constructed. The first option is to change all short guide vanes into long guide vanes; the second option is to change the hollow guide vanes to long guide vanes; the third option is to change all the blades to long guide vanes. FLUENT is used for the three-dimensional steady numerical simulation. The performance and internal flow characteristics under different schemes are examined and the optimal scheme is obtained. Simulated results show that scheme 3 that all guide vanes are replaced with long vanes achieves the best total pressure and efficiency at the design flow rate, which are increased by 3.8% and 1.8% respectively compared with the original one. The mixing of fluid between adjacent blades is reduced, and the flow fields in the first-stage static vanes area and the second-stage rotating blade area are improved. The total pressure rise coefficient of the second-stage rotating blades is greatly improved, and the overall working capacity of the fan is strengthened.

axial flow fan with adjustable blades; guide vane configuration; internal flow characteristics; performance

10.3969/j.ISSN.1672-0792.2021.02.009

TH4

A

1672-0792(2021)02-0064-09

2020-10-27

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金（13MS98）

周 飛（1995—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榱黧w機(jī)械理論及工程應(yīng)用；

葉學(xué)民（1973—），男，教授，研究方向?yàn)榱黧w力學(xué)理論及應(yīng)用、大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力學(xué)特征及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及新能源技術(shù)利用；

李 優(yōu)（1994—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榱黧w機(jī)械理論及工程應(yīng)用；

李春曦（1973—），女，教授，主要從事流體機(jī)械、流體動(dòng)力學(xué)理論及應(yīng)用方面的研究。

葉學(xué)民