不同葉片厚度對(duì)軸流風(fēng)機(jī)流動(dòng)特性影響的數(shù)值模擬

李 俊 徐洪海 余培銓 徐金秋

（1.浙江省風(fēng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心；2.浙江理工大學(xué)）

不同葉片厚度對(duì)軸流風(fēng)機(jī)流動(dòng)特性影響的數(shù)值模擬

李 俊1徐洪海1余培銓1徐金秋2

（1.浙江省風(fēng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心；2.浙江理工大學(xué)）

為了獲得不同葉片厚度對(duì)軸流風(fēng)機(jī)流動(dòng)特性的影響，對(duì)葉片相對(duì)厚度為6%、9%、12%以及15%的4種風(fēng)機(jī)進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明：薄葉片風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)流量點(diǎn)附近有更好的氣動(dòng)性能，但流量變化對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響明顯大于厚葉片風(fēng)機(jī)，厚葉片的風(fēng)機(jī)有更大的穩(wěn)定工作區(qū)間。葉片厚度的增加，改善了葉片前緣附近的流動(dòng)情況，但使葉片尾緣附近的做功能力減弱，流動(dòng)分離更加嚴(yán)重；減小了葉頂泄漏流對(duì)主流的影響和葉頂二次流動(dòng)強(qiáng)度，但葉片中尾部二次流強(qiáng)度增加，使流動(dòng)失穩(wěn)，增加了能量損失，使得風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能降低。

軸流風(fēng)機(jī)；數(shù)值模擬；葉片厚度；流動(dòng)特性

0 引言

軸流式通風(fēng)機(jī)通常應(yīng)用于大流量低壓力的場(chǎng)合。其發(fā)展較離心式通風(fēng)機(jī)晚些，但在19世紀(jì)末已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)合。隨著航空事業(yè)的發(fā)展，機(jī)翼理論的研究和發(fā)展推動(dòng)了軸流式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展[1]。目前國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)軸流式通風(fēng)機(jī)的研究和設(shè)計(jì)主要集中在通風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面，從而提高軸流式通風(fēng)機(jī)的全壓和效率。在葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究中主要關(guān)注的是比轉(zhuǎn)速、葉片安裝角、葉片進(jìn)出口氣流角等參數(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響。許名珞[2]通過(guò)改變?nèi)~片安裝角，從而改變了葉片的后彎角，最終結(jié)果發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果相符，滿足了優(yōu)化目標(biāo)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)厚度變化的葉片對(duì)通風(fēng)機(jī)性能的影響也進(jìn)行深入研究。韓中合等人[3]針對(duì)3種不同的翼型厚度進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)較大厚度的翼型適合于大攻角的情況，但是容易出現(xiàn)尾部渦流。何元新[4]采用三維建模軟件PRO/E對(duì)軸流風(fēng)機(jī)葉片的造型問(wèn)題提出了解決辦法，使建立的三維模型與實(shí)際鑄造模型一致，為數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性提供了幫助。該研究?jī)H僅是針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，并沒(méi)有針對(duì)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，也沒(méi)有驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性。沙毅和候麗艷[5]研究了軸流泵的葉片厚度對(duì)泵性能的影響及其內(nèi)部流場(chǎng)的變化規(guī)則。采用圓弧法和流線法對(duì)QY90-4.4-1.5型潛水軸流泵模型進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)葉輪葉片進(jìn)行加厚對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)薄葉片的性能要優(yōu)于厚葉片的性能。施建榮等人[6]針對(duì)現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)模型，對(duì)3種不同厚度的翼型進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，分析了3種翼型厚度的升阻比變化，并且進(jìn)行了力學(xué)計(jì)算。發(fā)現(xiàn)了較薄的翼型升阻比較大。劉穎等人[7]研究了不同翼型厚度對(duì)軸流風(fēng)機(jī)性能的影響，通過(guò)數(shù)值計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改變風(fēng)機(jī)翼型的相對(duì)厚度對(duì)全壓效率的影響是明顯的。李仁年等人[8]研究了多種后緣厚度下的升阻力隨時(shí)間變化的情況，發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象與邊界層分離有關(guān)，最終得出結(jié)論：后緣厚度大于臨界值時(shí)，受力不穩(wěn)定；小于臨界值時(shí)，受力穩(wěn)定。C.Sarraf等人[9]采用實(shí)驗(yàn)的方法研究了兩種不同葉片厚度的軸流風(fēng)扇對(duì)性能的影響，風(fēng)扇整體的性能測(cè)試是在一個(gè)符合ISO-5801標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行的，結(jié)果發(fā)現(xiàn)較薄葉片的風(fēng)扇性能優(yōu)于厚葉片，但是較厚葉片的風(fēng)扇能保證較大的流量范圍。另一方面，較厚葉片的氣流波動(dòng)程度低于較薄葉片，對(duì)邊界波動(dòng)和速度信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，顯示較厚葉片的風(fēng)扇會(huì)產(chǎn)生更多的無(wú)相關(guān)性的諧波。該項(xiàng)研究有助于將空氣動(dòng)力學(xué)性能和聲學(xué)性能結(jié)合在一起進(jìn)行研究。Motta V等人[10]研究了葉片厚度對(duì)氣動(dòng)性能的影響，分析了葉片表面動(dòng)載荷與葉片厚度之間的關(guān)系。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)葉輪中葉片厚度的變化對(duì)通風(fēng)機(jī)的影響進(jìn)行了廣泛的理論研究和試驗(yàn)研究。為了豐富葉片厚度對(duì)軸流式通風(fēng)機(jī)特性的影響，本文采用數(shù)值模擬方法分析了4種不同葉片厚度的軸流風(fēng)機(jī)，來(lái)探究葉片厚度的變化對(duì)軸流式通風(fēng)機(jī)的影響，以便為研究通風(fēng)機(jī)的學(xué)者提供一定的參考思路。

1 數(shù)值模擬

1.1 幾何模型的建立

為研究不同葉片厚度對(duì)軸流風(fēng)機(jī)性能的影響以及風(fēng)機(jī)流場(chǎng)的內(nèi)外特性情況，本文以一款軸流風(fēng)機(jī)為模型，對(duì)該風(fēng)機(jī)的葉片厚度進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，獲得了4種不同葉片厚度的軸流風(fēng)機(jī)模型。

風(fēng)機(jī)模型的葉片截面形狀相同，但各截面的安裝角不同，選取了5個(gè)截面，分別是葉根處截面，1/4葉高處截面，1/2葉高處截面，3/4葉高處截面，葉頂處截面，5個(gè)截面的安裝角分別為53°、50°、47°、42°、36°。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，該風(fēng)機(jī)模型為單獨(dú)葉輪，即R級(jí)型式。葉輪采用轉(zhuǎn)速為1 450r/min的異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。4種風(fēng)機(jī)模型的參數(shù)見(jiàn)表1。圖1所示為葉片厚度為6%、9%、12%、15%的葉片厚度分布曲線和截面型線圖。風(fēng)機(jī)模型葉片的基礎(chǔ)相對(duì)厚度為6%，圖1（a）為沿弦長(zhǎng)的厚度分布曲線，b為葉片弦長(zhǎng)，最下面的曲線為原始葉片（厚度為6%）的葉片厚度分布曲線，通過(guò)改變?nèi)~片厚度分布曲線在Y坐標(biāo)上的值，可以分別得到9%、12%以及15%的葉片厚度分布曲線。最終把厚度分布曲線疊加到圖1（b）中的翼型中線兩側(cè)，即可得到不同葉片厚度的截面型線。本文只是針對(duì)葉片厚度的變化進(jìn)行研究，不改變其它葉輪的結(jié)構(gòu)尺寸，并在葉輪沿徑向方向上均勻的選取了5個(gè)截面作為截面型線，獲得不同厚度的葉片。圖2即為4種不同葉片厚度的三維模型，圖中從里到外分別為葉片厚度為6%、9%、12%、15%的葉片。

表1 4種風(fēng)機(jī)模型的基本參數(shù)Tab.1 The basic parameters of the four fan models

圖1 不同葉片厚度的葉片截面圖Fig.1 The blade section with different blade thickness

圖2 4種不同厚度葉片的三維模型Fig.2 Three dimensional model of four different blade thickness

1.2 計(jì)算模型和網(wǎng)格劃分

圖3為風(fēng)機(jī)流場(chǎng)計(jì)算域，為保證氣流流動(dòng)平穩(wěn)，將葉輪進(jìn)口流場(chǎng)向外延長(zhǎng)至2倍葉輪直徑處。為保證數(shù)值計(jì)算收斂性，把葉輪出口流場(chǎng)向外延長(zhǎng)至3倍葉輪直徑處。把整個(gè)風(fēng)機(jī)流場(chǎng)分為3個(gè)計(jì)算域，進(jìn)口和出口計(jì)算域?yàn)殪o止計(jì)算域，葉輪流場(chǎng)計(jì)算域?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)計(jì)算域。整個(gè)計(jì)算模型采用混合網(wǎng)格，進(jìn)口和出口計(jì)算域?yàn)榻Y(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，為保證數(shù)值計(jì)算精度，葉輪計(jì)算域采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。圖4為對(duì)風(fēng)機(jī)流場(chǎng)計(jì)算域進(jìn)行離散化以后的整體網(wǎng)格模型，通過(guò)對(duì)4種風(fēng)機(jī)模型的網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證后，最終選擇計(jì)算模型的網(wǎng)格數(shù)量均為300萬(wàn)左右，保證計(jì)算的準(zhǔn)確性和收斂性。

圖3 風(fēng)機(jī)流場(chǎng)計(jì)算域Fig.3 The computational domain of fan flow field

圖4 風(fēng)機(jī)流場(chǎng)計(jì)算域網(wǎng)格模型Fig.4 The mesh model of fan flow field

1.3 計(jì)算方法和邊界條件

本文對(duì)整個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行三維定常數(shù)值模擬。采用有限體積法求解三維不可壓縮雷諾時(shí)均方程[11]，對(duì)流項(xiàng)采用高分辨率的二階精度差分格式，其它項(xiàng)采用中心差分格式，湍流模型采用k-ω SST模型，求解器采用全隱式耦合多重網(wǎng)格求解技術(shù)。k-ω SST湍流模型通過(guò)將k-ω模型和k-ω模型加權(quán)平均的方式組合起來(lái)，在壁面處采用k-ω模型，在遠(yuǎn)離壁面區(qū)域采用k-ε模型，充分利用了k-ω模型對(duì)逆壓梯度模擬精度高的優(yōu)點(diǎn)和k-ε模型對(duì)湍流初始參數(shù)不敏感的特點(diǎn)，提高了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，該模型由Menter[12]在1994年提出。

數(shù)值模擬邊界條件為速度進(jìn)口和壓力出口，進(jìn)出口湍流動(dòng)能和湍流動(dòng)能耗散率由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定；計(jì)算流體采用25℃的空氣，參考?jí)毫橐粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；采用無(wú)滑移壁面條件，近壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，忽略重力和壁面粗糙度對(duì)流動(dòng)的影響；動(dòng)靜交界面采用凍結(jié)轉(zhuǎn)子的邊界條件。

2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

2.1 風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能分析

圖5 不同流量下的全壓性能曲線Fig.5 The total pressure performance curve under different flow rates

圖6 不同流量下的全壓效率曲線Fig.6 The total pressure efficiency curve under different flow rates

圖5和圖6分別為不同葉片厚度的全壓曲線和效率曲線。由圖5可知，隨著流量的增加，軸流風(fēng)機(jī)全壓先增大后減小，但是隨著葉片厚度的改變，曲線的形狀有所不同；在最高全壓點(diǎn)的左側(cè)，隨著流量的增加，薄葉片風(fēng)機(jī)全壓增加速度更快，但是在最高全壓點(diǎn)的右側(cè)，薄葉片風(fēng)機(jī)全壓下降的速度也是最快的，致使在設(shè)計(jì)流量點(diǎn)附近薄葉片風(fēng)機(jī)有更高的全壓，但是在大流量和小流量區(qū)間，厚葉片風(fēng)機(jī)有更高的全壓。圖6全壓效率的分布規(guī)律與圖5基本相同。

綜上可知，不同葉片厚度的風(fēng)機(jī)模型，薄葉片風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)附近有更好的氣動(dòng)性能，但是流量的變化對(duì)風(fēng)機(jī)性能影響明顯大于厚葉片風(fēng)機(jī)；雖然厚葉片風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)附近的氣動(dòng)性能有所下降，但是流量的變化對(duì)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的影響小于薄葉片風(fēng)機(jī)，厚葉片風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)間更大。

2.2 葉輪內(nèi)部流動(dòng)特點(diǎn)分析

圖7為葉片不同截面載荷分布圖，圖7（a）為3個(gè)葉高截面示意圖，截面位置分別為5%、50%、95%。葉片表面的壓力梯度方向?qū)θ~片表面的流動(dòng)情況影響很大，順壓梯度有利于流體的流動(dòng)，逆壓梯度不利于流體的流動(dòng)。壓力面和吸力面壓差表示葉片該截面處葉片載荷的大小，載荷越大表示葉片的做功能力越強(qiáng)，效率也越高[13]。

圖7 葉片不同截面載荷分布Fig.7 The load distribution at different sections of blade

由圖7（b）可知，在5%截面處，隨著葉片厚度的增大，壓力面壓力有所減小，吸力面靠近前緣部分壓力也有所減小，但尾緣附近的壓力有所增加?？傮w來(lái)說(shuō)葉片在該截面處靠近前緣部分葉片載荷基本沒(méi)有發(fā)生變化，但尾緣附近的載荷顯著減小，故隨著葉片厚度的增加，葉根附近的載荷有所減小，葉根附近的做功能力也減小。壓力面上隨著葉片厚度的增加，接近葉片前緣的逆壓梯度減小比較明顯，利于流動(dòng)，減小前緣分離渦流，接近葉片中部和尾緣的壓力梯度很小，對(duì)流體的流動(dòng)影響小。吸力面上隨著葉片厚度的增加，前緣附近順壓梯度增加，有利于流體的流動(dòng)，但是在葉片的中后部，隨著葉片厚度的增加，逆壓梯度增加迅速，會(huì)導(dǎo)致葉片尾緣出現(xiàn)流體分離。圖7（c）是50%截面處葉片表面壓力分布圖，由圖7（c）和圖7（b）的比較，可以發(fā)現(xiàn)5%截面和50%截面壓力分布規(guī)律基本相同，隨著葉片厚度的增加，葉片的載荷有所減小，葉片的做功能力減小，特別是在葉片尾緣附近的載荷減小明顯；葉片厚度的增加，葉片前緣附近的流動(dòng)情況明顯得到改善，但是葉片尾緣附近的流動(dòng)有所惡化。圖7（d）為95%截面處壓力分布曲線，同樣可以看出，前緣附近的流動(dòng)情況有所改善，但是由于曲線之間差距很小，改善不明顯。在葉片中后部，壓力面的壓力增加明顯，吸力面的壓力改變不大，導(dǎo)致隨著葉片厚度的增加，葉片中后部，葉片載荷減小，葉片做功能力減弱，氣體獲得的能量減小。

綜上所知，隨著葉片厚度的增加，葉片前緣附近的流動(dòng)得到改善；葉片中后部的載荷有所減小，葉片的做功能力減弱，但是葉片尾緣處，壓力面附近的流動(dòng)有所惡化，加大了能量損失。

圖8為不同厚度的葉頂附近的湍流動(dòng)能分布。湍流動(dòng)能的分布表征流體湍流脈動(dòng)的程度，反映流體微團(tuán)之間發(fā)生碰撞和動(dòng)量交換的程度。其大小和空間不均勻性也在一定程度上反映脈動(dòng)擴(kuò)散和粘性損失的大小和位置。

圖8 葉輪葉頂附近湍動(dòng)能分布Fig.8 The turbulent kinetic energy distribution near the impeller blade tip

為分析葉頂間隙附近的流動(dòng)情況，對(duì)葉頂附近的湍流動(dòng)能進(jìn)行分析，沿著軸向位置取5個(gè)等分位置。葉輪旋轉(zhuǎn)方向和主流方向如圖8（a）所示。由圖8可知，隨著葉片厚度的增加，在葉頂附近的湍動(dòng)能發(fā)生了很大的變化，特別是在葉片尾緣靠近吸力面的湍動(dòng)能變化最為顯著，也是泄漏流的位置。分析發(fā)現(xiàn)，隨著葉片厚度的增加，葉片尾緣各截面湍動(dòng)能明顯減小，說(shuō)明葉片厚度增加，泄漏流對(duì)主流的影響減小，泄漏渦強(qiáng)度減弱，使葉頂附近流動(dòng)更加穩(wěn)定，減小了葉頂尾緣的流動(dòng)損失。

軸流風(fēng)機(jī)在工作過(guò)程中，在靠近輪轂和機(jī)殼的位置，由于氣流在三維方向的流動(dòng)而產(chǎn)生渦流損失。這些渦流損失會(huì)伴隨著能量的耗散，而這些耗散損失也就會(huì)降低風(fēng)機(jī)的整體運(yùn)行效率。為更清楚地顯示葉輪中的流動(dòng)和分離情況，采用Q渦準(zhǔn)則，顯示了葉輪流道中和葉輪出口渦的分布情況。圖9為葉輪內(nèi)外部流動(dòng)渦分布情況，圖9（a）1處為葉頂間隙泄漏渦，從圖中可以看出隨著葉片厚度增加，泄漏渦的范圍有所減小，這與圖8中湍動(dòng)能分析得出的結(jié)論一致。圖9（a）2處為葉根附近壓力面前緣分離渦，可以看出隨著葉片厚度的增加，分離渦的大小明顯減小，這與圖7（b）中的分析一致。圖9（a）3處為葉根附近壓力面尾緣分離渦，可以看出隨著葉片厚度的增加，分離渦明顯增加，這也與圖7（b）中分析的結(jié)論一致。圖9（a）4處為葉輪出口渦流，可以看出隨著葉片厚度的增加，葉輪出口旋渦明顯減弱，甚至有些旋渦消失，所以，葉片厚度增加，也可以改善葉輪出口的流動(dòng)情況。

圖9 葉輪內(nèi)外部流動(dòng)渦分布Fig.9 The flow vortex distribution around impeller

2.3 葉輪出口流動(dòng)分析

圖10為葉輪出口湍動(dòng)能沿徑向分布，由圖可知，隨著葉片厚度的增加，在葉片中下部，湍動(dòng)能變化不大，這說(shuō)明厚度的增加，對(duì)此處影響不是很大，但是在葉片中上部，葉片厚度的增加，湍動(dòng)能發(fā)生了顯著的變化，而且隨著葉片厚度的增加湍動(dòng)能減小，這與圖8中分析的結(jié)論一致?？傊?，隨著葉片厚度增加，使葉頂附近的流體波動(dòng)減小，減小了葉頂附近葉輪出口的能量損失。

圖10 葉輪出口湍動(dòng)能的徑向分布Fig.10 The radial distribution of turbulent kinetic energy at impeller outlet

圖11 葉輪出口速度的徑向分布Fig.11 The radial distribution of velocity at impeller outlet

圖11為葉輪出口徑向速度沿徑向分布，徑向速度的大小表示徑向二次流的流動(dòng)強(qiáng)度，徑向速度越大，二次流損失也越大，而且徑向速度的大小還能反映流體離心力與壓力平衡情況，徑向速度越小則壓力平衡情況越好，流動(dòng)損失也越小，葉輪的氣動(dòng)性能也越好。由圖11可知，隨著葉片厚度的增加，徑向速度的絕對(duì)值在0到0.8的區(qū)間內(nèi)是增加的，但是在0.8到1的位置有所減小。這說(shuō)明隨著葉片厚度的增加，在絕大部分位置，二次流動(dòng)是增加的，氣體的不平衡性也是增加的，這導(dǎo)致葉輪的氣動(dòng)性能降低，這圖5和圖6中的分析一致。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)葉片相對(duì)厚度為6%、9%、12%、15%的4種風(fēng)機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了厚度變化對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響和內(nèi)部流場(chǎng)的變化規(guī)律。通過(guò)不同模型之間相互比較得出了以下結(jié)論：

1）本次研究的風(fēng)機(jī)模型中，薄葉片的風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)流量點(diǎn)附近有更好的氣動(dòng)性能，但是流量變化對(duì)風(fēng)機(jī)性能影響明顯大于厚葉片的風(fēng)機(jī)，厚葉片的風(fēng)機(jī)有更大的穩(wěn)定工作區(qū)間。

2）本次研究的風(fēng)機(jī)模型中，葉片厚度的增加，改善了葉片前緣附近的流動(dòng)情況，但是使葉片尾緣附近的做功能力減弱，流動(dòng)分離更加嚴(yán)重。

3）本次研究的風(fēng)機(jī)模型中，葉片厚度的增加，減小了葉頂泄漏流對(duì)主流的影響，減小了葉頂二次流動(dòng)強(qiáng)度，但葉片中尾部二次流強(qiáng)度增加，使流動(dòng)失穩(wěn)，增加了能量損失，使得風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能降低。

[1]昌澤舟.軸流式通風(fēng)機(jī)實(shí)用技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]許銘珞.基于流固耦合仿真的小型軸流風(fēng)扇優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2015（1）:28-37.

[3]韓中合，李引.不同厚度風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)性能數(shù)值模擬研究[J].華東電力，2010，38（9）:1466-1468.

[4]何元新.基于PRO/E的軸流風(fēng)機(jī)葉片建模技術(shù)研究[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2013（5）：58-60.

[5]沙毅，候麗艷.葉片厚度對(duì)軸流泵性能影響及內(nèi)部流場(chǎng)分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012（18）：75-81,297-298.

[6]施建榮.不同厚度翼型對(duì)氣動(dòng)特性及葉片強(qiáng)度的影響[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2014（1）：35-39.

[7]劉穎，鄭水英，沈海濤.翼型厚度對(duì)軸流風(fēng)機(jī)性能的影響[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2013（2）：15-23.

[8]李仁年，李銀然，王秀勇.翼型后緣厚度對(duì)氣動(dòng)性能影響的數(shù)值分析[J].空氣動(dòng)力學(xué)報(bào)，2011（2）：205-210.

[9]C.Sarraf,H.Nouri,F.Ravelet,F.Bakir.Experimental study of blade thickness effects on the overall and local performances of a Controlled Vortex Designed axial-flow fan[J].Experimental ThermalandFluidScience,2011（35）:684-693.

[10]Motta V,Guardone A,Quaranta G.Influence of airfoil thickness on unsteady aerodynamic loads on pitching airfoils[J].Journal of Fluid Mechanics,2015,774.

[11]王福軍.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析[M].清華大學(xué)出版社,2004.

[12]Menter F R.Menter,F Two-Equation Eddy-Viscosity Transport Turbulence Model for Engineering Applications[J].AIAA Journal，1994，32（8）:1598-1605.

[13]劉天寶，程兆雪.流體力學(xué)與葉柵理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

Numerical Simulation of the Blade Thickness Effect on the Flow Characteristics of Axial Fans

Jun Li1Hong-hai Xu1Pei-quan Yu1Jin-qiu Xu2
(1.Zhejiang Fan Test Center of Product Quality；2.Zhejiang Sci-tech University)

The influence of the blade thickness on the flow characteristic in axial fans is determined by numerical predictions for four relative thicknesses of the blades,i.e.,6%,9%,12%,and 15%.The results show that the fan with a blade of small thickness has a better aerodynamic performance near the design operating point,but the influence of flow changes on the efficiency is significantly greater than for a thick fan blade,which has a more stable operating range.An increase of the blade thickness improves the flow characteristics near the blade leading edge,but reduces the performance near the blade trailing edge,where flow separation becomes more serious.An increase of the blade thickness reduces the influence of the tip leakage flow on the main core flow and the intensity of the secondary flow at the blade tip,but increases the tendency to flow instabilities downstream of the leading edge,which also increases the energy loss and reduces the aerodynamic performance of the fan.These results provide a theoretical basis for the optimization and design of high efficiency blades for axial fans.

axial fan,numerical simulation,blade thickness,flow characteristics

TH432.1；TK05

1006-8155-(2017)05-0020-07

A

10.16492/j.fjjs.2017.05.0003

2017-07-27 浙江 紹興 312300