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通過(guò)對(duì)烘干房排濕風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)和S2設(shè)計(jì)參數(shù)的多次迭代,得到了一個(gè)接近設(shè)計(jì)要求的初步三維設(shè)計(jì)方案。從表2可以看出,初步設(shè)計(jì)方案的氣動(dòng)參數(shù)與一維設(shè)計(jì)結(jié)果吻合較好。風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中一維參數(shù)的設(shè)計(jì)精度足以支持設(shè)計(jì)工作的進(jìn)一步發(fā)展。表2顯示了一維設(shè)計(jì)結(jié)果和初步設(shè)計(jì)的平均質(zhì)量參數(shù)。由表2可以看出,單級(jí)風(fēng)機(jī)平均半徑處的負(fù)荷系數(shù)約為1.0,甚至高于普通航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的負(fù)荷系數(shù)。同時(shí),單級(jí)風(fēng)機(jī)的反應(yīng)性略大于0.5,平均負(fù)荷分布在靜、動(dòng)葉片上,使烘干房排濕風(fēng)機(jī)葉片展開(kāi)中部的彎曲角度達(dá)到40度以上,擴(kuò)壓系數(shù)達(dá)到0.5以上。從出版的文獻(xiàn)中不難找到??紤]到軸流風(fēng)機(jī)制造成本的限制,擴(kuò)壓系數(shù)接近0.6,基本達(dá)到了無(wú)主動(dòng)流量控制技術(shù)的亞音速軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)極限。在端部彎曲建模的基礎(chǔ)上,適當(dāng)疊加葉片正彎曲建模,可以減小端部攻角,保證定子葉片和級(jí)間的有效流動(dòng)。然而,在烘干房排濕風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果與設(shè)計(jì)目標(biāo)的壓力比與效率之間仍存在一定的差距,需要進(jìn)一步的詳細(xì)設(shè)計(jì)來(lái)彌補(bǔ)。由于本文設(shè)計(jì)的單級(jí)風(fēng)機(jī)的負(fù)荷比設(shè)計(jì)中采用的經(jīng)驗(yàn)公式高,因此有必要對(duì)每排葉片的稠度和展弦比進(jìn)行調(diào)整。初步設(shè)計(jì)方案如圖所示。6和7,以及表3所示的氣動(dòng)性能,其中載荷系數(shù)由葉尖的切線速度定義。
當(dāng)烘干房排濕風(fēng)機(jī)葉頂間隙形狀發(fā)生變化時(shí),不可避免地會(huì)引起葉頂及其附近的吸力面和壓力面流場(chǎng)的分布。由于葉尖間隙的存在,泄漏流將與通道內(nèi)的主流混合,在吸入面頂角形成泄漏旋渦。烘干房排濕風(fēng)機(jī)與方案3相比,方案2具有幾乎相同的區(qū)范圍,但葉尖間隙較大,有利于防止動(dòng)靜部件之間的摩擦,而方案6具有明顯的性能退化,易于分析其損耗機(jī)理。為此,分析了三種葉尖間隙:均勻間隙、方案2和方案6。旋渦是描述旋渦運(yùn)動(dòng)的重要特征量,其大小可以反映旋渦的強(qiáng)度。在間隙均勻的情況下,渦量分布從葉片前緣到后緣呈下降趨勢(shì),流入量能有效地粘附在吸力面上,因此烘干房排濕風(fēng)機(jī)渦量相對(duì)較小。烘干房排濕風(fēng)機(jī)利用一條非均勻有理B-sline曲線來(lái)描述由四個(gè)控制點(diǎn)(紅點(diǎn))控制的曲線,包括前緣點(diǎn)和后緣點(diǎn)。由于主流與泄漏流的相互作用,葉片頂端的渦度比吸力面大得多,較大渦度出現(xiàn)在吸力面拐角處和葉片頂端附近。中間葉片頂部渦度強(qiáng)度明顯增大,這是由于間隙收縮導(dǎo)致葉片前緣泄漏面積增大,導(dǎo)致泄漏流量增大,主流與泄漏流量的混合程度增大,渦度強(qiáng)度增大。烘干房排濕風(fēng)機(jī)葉尖間隙的大小沿流動(dòng)方向減小,即葉片葉尖越靠近殼體,泄漏旋渦越靠近葉片上部和中部。副作用減少。
在烘干房排濕風(fēng)機(jī)葉片前緣形成了C形軸向速度分布,在翼型阻力的作用下,流入流的軸向速度減小,形成了一個(gè)低速區(qū)。吸入面沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的相反方向形成橫向壓力梯度。根據(jù)機(jī)翼理論,通過(guò)吸力面的速度高于通過(guò)壓力面的速度,吸力面后緣形成高速區(qū)。進(jìn)一步討論了動(dòng)葉區(qū)中間流動(dòng)面內(nèi)的總壓力分布。分析了在設(shè)計(jì)流量下動(dòng)葉區(qū)中流面內(nèi)的總壓分布。由于烘干房排濕風(fēng)機(jī)葉片壓力面所做的工作,壓力面上的總壓力明顯高于吸力面上的總壓力,總壓力沿動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)方向由壓力面逐漸下降到吸力面??倝褐饾u升高,但吸入面略有變化。由于本文設(shè)計(jì)的單級(jí)風(fēng)機(jī)的負(fù)荷比設(shè)計(jì)中采用的經(jīng)驗(yàn)公式高,因此有必要對(duì)每排葉片的稠度和展弦比進(jìn)行調(diào)整。這是因?yàn)楫?dāng)氣流通過(guò)葉柵時(shí),從吸力面到相鄰葉片壓力面的離心力沿葉片高度逐漸增大。為了抵消離心力的影響,將葉片設(shè)計(jì)為扭曲葉片后,沿葉片高度方向產(chǎn)生橫向壓力梯度,使兩個(gè)力達(dá)到平衡,吸力面附近有一個(gè)負(fù)壓區(qū)。由于烘干房排濕風(fēng)機(jī)葉片的吸入面和壓力面之間的壓差較大,位于壓力側(cè)的流體通過(guò)葉尖間隙流向吸入面,導(dǎo)致葉尖間隙中的泄漏流。泄漏流與主流相互作用,產(chǎn)生較大的泄漏損失。