轴流通风机翼型的优化设计研究
轴流风机机翼型叶片参数化建模方法
如何进行轴流风机机翼型叶片参数化建模方法一、引言轴流风机在现代工业中起着至关重要的作用。
它们被广泛应用于空调系统、通风系统、发电厂和飞机引擎等。
轴流风机的性能和效率直接受到其机翼型叶片设计的影响。
对于轴流风机机翼型叶片的参数化建模方法的研究至关重要。
在本文中，将深入探讨轴流风机机翼型叶片参数化建模方法的相关内容，并提出一些个人观点和理解。
二、轴流风机机翼型叶片的重要性1. 减小能耗轴流风机的主要任务是输送空气，因此其能效对于工业生产至关重要。
合理设计的机翼型叶片可以减小能耗，提高风机的效率，从而为工业生产节约能源和成本。
2. 提高稳定性良好设计的机翼型叶片能够提高轴流风机的稳定性和耐用性，降低风机运行时的噪音和振动，从而延长设备的使用寿命。
三、轴流风机机翼型叶片参数化建模方法1. 采用CAD软件进行建模利用CAD软件进行轴流风机机翼型叶片的参数化建模是一种常见的方法。
通过在CAD软件中进行参数化设计，可以方便快捷地进行叶片形状的调整和修改，从而实现机翼型叶片的优化设计。
2. 利用计算流体力学(CFD)进行仿真分析结合计算流体力学(CFD)方法，可以对轴流风机机翼型叶片的流场进行精确模拟和分析，从而优化叶片的形状和结构，提高风机的性能和效率。
3. 基于参数化建模的优化设计通过建立基于参数化建模的优化设计方法，可以对轴流风机机翼型叶片的关键参数进行全面的优化设计，从而实现最佳的风机性能和效率。
四、个人观点和理解在我看来，轴流风机机翼型叶片参数化建模方法的研究对于提高轴流风机的性能和效率至关重要。
通过不断优化设计，可以实现能源的节约和环境的保护。
同时, 研究轴流风机机翼型叶片参数化建模方法也有助于加深对于风机流体力学行为的理解，对于未来的风机设计和改进有着积极的影响。
五、总结和回顾本文深入探讨了轴流风机机翼型叶片参数化建模方法的相关内容，介绍了CAD软件建模、CFD仿真分析和基于参数化建模的优化设计等方法。
基于CFD模拟的轴流风机扇叶设计优化研究
基于CFD模拟的轴流风机扇叶设计优化研究摘要：本研究采用计算流体动力学（CFD）模拟方法，旨在优化轴流风机扇叶的设计以提高性能和效率。
通过数值模拟，我们系统地研究了不同扇叶参数对风机性能的影响，并提出了一种优化设计方案，以实现更高的能效和性能。
研究结果表明，通过CFD模拟可以有效地改善轴流风机的性能，并为风机工程领域的进一步发展提供有力支持。
关键词： CFD模拟；轴流风机；扇叶设计；优化；性能一、引言轴流风机作为工业和商业领域中广泛应用的关键设备，对能源效率和性能提出了不断增长的需求。
其中，扇叶作为轴流风机的核心部件，其设计和优化对整个风机系统的性能至关重要。
随着计算流体动力学（CFD）模拟方法的不断发展，研究人员可以更深入地理解风机流场，并进行更精确的性能预测和优化设计。
二、文献综述2.1 轴流风机的发展历程轴流风机作为工业领域的核心设备，其发展历程从19世纪末至今经历了令人瞩目的进步。
早期，轴流风机的设计主要依赖于经验和试验，限制了其性能和效率。
然而，随着科学和工程技术的进步，数学模型、实验室测试和计算流体力学等新方法的应用使轴流风机的设计变得更精确和可预测。
这些技术创新促使了风机的能效提升、噪音降低和寿命延长，从而为各行业带来了更高水平的气流控制和空气处理能力。
2.2 扇叶设计的重要性扇叶作为轴流风机的核心组成部分，其设计对风机性能至关重要。
扇叶的几何形状、叶片数目、叶片角度等参数直接影响风机的效率、噪音产生、能耗和寿命。
一个优化的扇叶设计可以显著提高风机的能效，降低运行成本，减少环境影响。
所以，深入研究和优化扇叶设计是提高轴流风机性能的关键步骤。
近年来，计算流体动力学（CFD）模拟技术的不断发展已经引领了轴流风机研究的新时代。
这一技术的崭新应用为风机工程领域带来了深刻的影响。
通过CFD，研究人员能够以前所未有的准确性模拟轴流风机内部复杂流动现象，如湍流、涡流和分离现象。
这种全面的流场信息为风机性能的深入理解提供了强大工具，并且为设计和优化提供了坚实基础。
风力机叶片翼型的研究现状与趋势
风力机叶片翼型的研究现状与趋势风能作为一种可再生能源,在煤、石油和天然气等非可再生能源日益耗竭以及全世界对可持续发展要求的情况下,正越来越来受到世界各国的关注。
风电技术复杂,风力发电机组的叶片作为捕获风能最直接的部件,其价值占到整机价值的25%左右。
叶片的直径、弦长、各截面翼型选择、纵向的扭角分布等都会影响到叶片的气动性能,进而影响风轮的功率输出。
而叶片的结构、材料和工艺直接影响风机的强度、疲劳、震动、载荷及成本等。
因此,设计良好的叶片,翼型应该具有较佳的空气动力学性能,良好的结构和制造工艺,这样风力发电机组才能稳定运行并具有高的功率输出[1-3]。
目前,因为风力发电机组向着更高的额定功率发展,最大的叶轮直径已经达到125m,风电机组对叶片的气动性能、结构和工艺提出了更高的要求。
一、国外发展与研究状况风机翼型的设计分析理论从根本上决定风机整体的功率特性和载荷特性。
因为其重要性,翼型设计分析理论的研究一直是世界各国专家和学者的科研热情所在。
风机翼型的发展来源于低速应用的翼型,如滑翔机翼型。
早期的低速翼型运用在风机上有WortmannFX-77翼型和NASALS翼型。
在20世纪80年代,因为美国国家可再生能源实验室(NREL)的Tangler和Somers发展了许多的NREL翼型,对促进风机翼型的发展做出了很大贡献。
同时,他们也提出了翼型的反设计方法。
对NREL系列翼型的相关阐述可以在NREL一系列报告中找到。
后续的瑞典的Bj·rkA发展了FFA-W系列的翼型,荷兰代尔夫特理工大学的TimmerWA和vanRooij也对风机翼型的发展做出了贡献,发展了DU系列的翼型。
20世纪90年代中期,丹麦Risφ风能重点实验室开始研制新的风机翼型,到目前为止已经发展出了Risφ-A1,Risφ-P和Risφ-B1三种翼型系列。
翼型研究包括两方面,翼型分析和翼型优化设计。
翼型分析是研究翼型气动性能,是翼型优化设计的基础。
轴流通风机的优化气动设计理论及方法
轴流通风机的优化气动设计理论及方法
在轴流通风机的空气动力设计中日益趋向采用优化设计方法，即在满足轴流通风机设计参数及各种工程约束条件下，合理选择计算通风机的气动参数和结构参数，从而使通风机的效率提高、噪声降低、尺寸小及重量轻。
我们多年来一直致力于轴流通风机的优化气动设计理论研究及其气动设计软件的开发。
研究内容主要包括：轴流通风机的最优流型设计、轴流通风机结构参数的优化选择计算以及轴流通风机的多目标优化设计理论；气动设计软件主要包括其核心的优化气动设计部分、有关参数输入界面、风机结构参数输出界面以及与CAD的接口，以期达到输入设计性能参数后，能实现轴流通风机的自动气动优化设计，自动输出满足用户所需风机性能和要求,诸如高效率、低噪声、重量轻、安全可靠等单一指标或多指标设计要求的风机结构参数，并能自动输出叶片、叶轮、导流器、机壳等主要设计图纸。
目前该设计软件已经完成其核心的优化气动设计部分，输入与输出界面等还有待解决。
该轴流通风机优化气动设计软件经过多种轴流通风机的设计实践检验，例如，消防排烟轴流风机、地铁单向运转排烟轴流通风机（专利号：Z1.9）、地铁隧道双向可逆运转排烟轴流通风机（专利号：Z1.9。
该产品获得2004年上海国际流体机械展览会金奖）、高效率低噪声纺织轴流通风机（专利号：Z1.7）、大风量高压力喷雾轴流通风机（专利号：Z1.Oo2005年12月通过江苏省科技厅组织的新产品鉴定。
鉴定委员会专家一致认为，该产品主要技术性能指标达到国内领先水平，适合纺织行业等空调系统的需求。
该项目于2006年获得江苏省科技进步三等奖）等，已经充分证明了该轴流通风机优化气动设计软件的实用性和可匏性。
基于流固耦合仿真的小型轴流风扇优化设计
基于流固耦合仿真的小型轴流风扇优化设计许名珞【摘要】为了解决某初步设计的轴流吹风机出风口流量较小的问题，本文对轴流风扇了进行优化设计，最终将风扇叶片翼型由NACA4409翼型改为AH79-100C 翼型，叶片安装角由30°增大为32.5°，设计叶片后弯角为8°。
基于计算流体力学理论，建立了轴流吹风机流场和轴流风扇风道流场的数值计算模型，运用Fluent 软件进行流场数值仿真。
基于 ANSYS 软件的Workbench平台，利用流固耦合仿真分析方法对优化后的轴流风扇进行结构分析，校核了新风扇的强度。
数值仿真结果表明：仿真结果与企业实验测试结果相符，优化后的轴流吹风机出口流量较优化前增加了10.59%，新风扇轴功率满足企业要求，强度也满足设计要求，总体达到了优化目标。
%In order to address the small outlet flowrate issue of a preliminary designed axial flow fan, this paper optimizes the axial-flow fan, changed the airfoil of fan blades from NACA4409 to AH79-100C, increased the blades setting angle from 30 to 32.5 degrees, and designed the blade back-bending angle of 8 degrees. Based on the theory of computational fluid dynamics, a numerical model to compute the air-flow field and the axial-flow fan duct is set up and Fluent software is used to numerically simulate on flow field. Based on the ANSYS Workbench Platform, structural analysis for the optimized axial-flow fan using fluid-structure interaction simulation method is made, and the strength of the new fan is checked. The simulation results show that simulation results coincide with enterprise test results, the outlet flowrate of the optimized axial flow fan increased 10.59%, the shaft power of new axial-flow fan meets enterpriserequirements, the strength also meets the design requirements, and the optimization goals are achieved.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】6页(P28-32,37)【关键词】轴流风扇;翼型;后弯角;计算流体力学;流固耦合;优化;强度校核【作者】许名珞【作者单位】东南大学机械工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH432.1;TK05轴流风扇作为一种通用叶轮机械，被广泛应用在生产生活的各个行业。
前弯前掠低噪声纺织轴流通风机的优化设计..
前弯前掠低噪声纺织轴流通风机的优化设计昌泽舟/东北大学材料与冶金学院摘要：从提高纺织轴流通风机效率、降低风机气动噪声的目标出发，采用叶片前弯前掠技术，在叶轮叶片的重心线上各基元截面采用高效翼型的最优化流型成型。
应用叶片前弯前掠和最优流型相结合的技术研制开发了JYFZ新型纺织轴流通风机，并与目前纺织行业应用量较大的FZ40(35)-11/12型纺织轴流通风机进行了对比性能测试。
结果表明，JYFZ型纺织轴流风机具有效率高、噪声低、质量轻、结构简单及工作区域宽广等特点。
关键词：轴流式通风机；噪声；前弯前掠叶片；优化中图分类号：TH432.1 文献标识码:BOptimum Design of a Forward Skewed-Swept Textile Axial-flow Fan with Low-noiseAbstract: From the points of improving the efficiency of textile axial-flow fan and reducing fan aerodynamic noise, the forward skewed-swept blade technique has been adopted and the elementary section on the center line of impeller bl ade has adopted the optimal flow pattern forming with high-efficiency airfoil. The new type JYFZ textile axial-flow fan has been developed applying the co mbination technique of forward skewed-swept blade and optimal flow pattern a nd the aerodynamic performance parameters were measured and compared with those of FZ4035-11/12 textile axial-flow fans. As result, JYFZ axial-flow fan has advantages of higher efficiency, lower noise, less mass, simple structure an d wider operation range than FZ4035-11/12 type.Key Words: axial-flow fan; noise; forward skewed-swept blade, optimization. ０引言纺织企业为了使生产车间保持合适的温度、湿度环境，必须配备专门的空调系统。
高效降噪轴流式通风机的优化设计
高效降噪轴流式通风机的优化设计摘要：通风机作为应用广泛的输送气体的动力装置，既是国民经济中比重很大的能耗设备，也是人们生产和生活中重要的噪声污染源。
开发气动效率高、噪声低、稳定运行的通风机产品，对降低能耗，保护环境，促进社会和谐发展具有十分重要的意义。
本文具体阐述了高效降噪轴流式通风机的主要结构，并对主要结构进行了优化设计。
关键词：轴流风机、轮毂、叶轮、尾翼一、背景技术轴流式通风机广泛应用于石油、化工、冶金、矿山、电力、交通、烟草等工业领域，也应用于采暖、通风、空气调节等民用设施。
现有的轴流式通风机从实际应用看，低效率和高噪声仍是风机运行中的主要问题。
随着节约能源和环保意识的提高，人们对提高风机效率和降低噪声的呼声越来越高，因此高效率、低噪声通风机具有重要的应用价值。
二、结构介绍高效降噪轴流式通风机主要由机壳、叶轮、电机组成。
1、叶轮叶轮是轴流风机最关键的部件之一，叶轮的质量直接影响到风机的工作效率、风机的寿命，以及风机的噪音。
叶轮包括轮毂和风叶，其中风叶由叶柄与叶片组成，轮毂、风叶的叶柄主要起着传动、连接的作用，而叶片的形状直接关系到风机的各项性能指标。
1.1叶片叶片是风机提供空气流动的关键部件，为提高风机运行效率、降低噪音、节约材料，并使风叶的制造方便，设计出一种尾翼能适合不同规格风筒的中空叶片。
中空叶片主体的尾部端面具有柳叶状的开口，且尾部端面为圆弧形，与所匹配的风筒内壁平行。
尾翼固定在中空叶片主体的尾部端面的开口上，其包括导流片与连接块，尾翼的连接块垂直连接在导流片靠近中空叶片主体的一侧。
由于尾翼的导流片直接紧靠在中空叶片主体的尾部，加上中空叶片主体尾部的圆弧形，使尾翼的导流片能呈随中空叶片主体的尾部的圆弧形，也就是尾翼的导流片与中空叶片主体的尾部平行，只要将中空叶片主体的尾部制作成与对应风筒内侧平行，就可保证尾翼的导流片与对应风筒内侧平行。
因此，尾翼能适合不同规格大小的风筒，降低了风机的整体制造成本。
新型舰船轴流风机优化设计(论文)
3 主要部件技术要求
3.1 风筒
风机风筒采用优质钢板焊接而成，保证足够的强度。设计过程中采
用先进的 ANSYS10.0 有限元分析软件，对风筒进行三维造型，并模拟
分析其强度，保证其满足使用条件的要求。
3.2 电动机
电机作为风机的重要组成部件，其防护等级、绝缘等级、防湿热等
都要有一定的保证，选取具有舰船产品制造合格认证的电动机产品。
ns=5.54×n×
姨Q
姨4 P3
=5.54×1450×
姨7.64
姨4 6903
=166
由计算结果 Ψt=0.36，选取d軈=0.55 适宜，则此时轮毂直径 d 为：
d=d軈·D （0.55×0.74） m =0.407m 取 d=0.41m，即轮毂直径为 d=410mm。
2.6 计算无因次轴向速度軓Ca和轴向速度 Ca
由 设 计 参 数 Q=27500m3/h； P =690 Pa 和 风 机 全 压 效 率
ηt=70%；则 N 为：
N
=K·1Q·P 0 Nhomakorabea0·ηt
=1.1×
7.64×690 1000×0.7
=8.28kw
根据电动机功率与风机轴功率的关系 P≥N=8.28kw，选取电动机
的功率为 11kw，转速为 1450r/min。
水平轴风力机翼型的多学科优化设计_概述说明
水平轴风力机翼型的多学科优化设计概述说明1. 引言1.1 概述随着对可再生能源的需求日益增长，风力发电成为一种重要的清洁能源形式。
水平轴风力机作为最常见的风力发电装置之一，在其设计和优化中翼型起着关键作用。
本文将针对水平轴风力机翼型的多学科优化设计进行概述和说明。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先是引言部分，概述了文章的背景和目标，并介绍了文章的结构。
其次是正文一，介绍了风力机基本原理、翼型选择与设计要点以及多学科优化方法的相关概念。
然后是正文二，探讨了翼型气动性能分析与评估、结构强度分析与优化考虑因素以及考虑经济效益的多学科优化方法。
接下来是正文三，通过实例研究介绍了水平轴风力机翼型优化设计案例，并讨论了飞行器动态特性分析与控制策略考虑因素以及水平轴风力机可行性评估与成本效益分析方法。
最后是结论与展望部分，对整个研究进行总结，并提出了研究的局限性和进一步的研究展望。
1.3 目的本文的目的在于概述水平轴风力机翼型的多学科优化设计方法。
通过对风力机基本原理、翼型选择与设计要点以及多学科优化方法进行分析和讨论，探索提高风力机效率和经济性的可行途径。
同时，通过实例研究案例和相关考虑因素的介绍，为工程师们在实际设计中提供有益的指导和参考。
最后，通过对现有研究进行总结并展望未来发展方向，鼓励更多研究者进一步深入该领域，推动水平轴风力机技术的创新与改进。
2. 正文一：2.1 风力机基本原理风力机是利用风的动能通过翼型产生的气动力驱动发电机产生电能的装置。
其基本原理是：当空气经过翼型时，会在上下表面形成不同的压强分布，从而形成升力和阻力。
其中，升力可转化为扭矩，驱动发电机旋转；而阻力则会降低风能的转化效率。
2.2 翼型选择与设计要点翼型选择是水平轴风力机设计中的关键环节。
主要考虑以下几个方面：- 气动性能：包括升力系数、阻力系数、最大升阻比等指标，优化设计应使得这些指标达到最佳状态。
- 队列失速特性：在多个翼片构成的风力机中，为了避免部分翼片失速对整体性能造成损害，需考虑队列失速特性。
轴流风机性能的优化设计
轴流风机性能的优化设计摘要本文基于CFD方法研究了不同形式的叶片前掠对轴流风机性能的影响。
首先，对轴流风机进行了叶片前掠设计，然后，基于数值模拟方法，对两种前掠形式的叶片与原型叶片进行了气动性能的计算和对比分析。
最后，提取了叶轮流场的局部欧拉压头，对叶片前掠的气动影响机理进行了分析。
结果表明，叶片中部前掠可提高轴流风机叶轮设计流量点的气动性能，并保持全流量范围内较佳的气动性能；在设计流量点，叶片中部前掠使得轴流风机叶轮叶顶处的叶片载荷更趋集中于前部，有利于抑制叶轮的叶顶泄漏，进而提高风机的效率。
关键词叶片掠形；轴流风机；局部欧拉压头；1引言轴流风机是一种广泛应用于工业和生活的旋转叶片式流体动力机械。
由于具有流量大、结构简单且易于维护等优点，其在通风设备、空调以及电子、电器冷却器中非常常见。
风压和效率是风机最基本和重要的两个气动性能指标。
为满足实际中的应用需求并节约能源，对提升轴流风机气动性能的技术方法进行研究十分必要和亟需。
为提高轴流风机的气动性能，学者们采用各种方法进行了大量的研究。
其中，部分研究采用了优化的方法，致力于通过选取一系列不同几何参数作为设计变量，对某一特定轴流风机的气动性能进行优化。
Lee等人[1]选取叶片掠形引导线和叶片截面形状作为设计变量，通过数值优化方法提高了一低比转速轴流风机的效率。
叶片掠形方式是叶轮的基本和主要结构要素之一，对其性能有着非常重要的影响。
叶片弯掠即对叶片沿展向方向采用倾斜或者弯曲的掠形方式。
适当的叶片前掠可以提高叶轮的气动性能，降低风机的动静干涉，进而减少振动和噪音[2,3]。
不同形式（如倾斜、弯曲等）的叶片前掠对叶轮性能的影响不同，但目前少有针对其不同影响以及机理的相关研究。
本文针对轴流风机，采用CFD方法研究了不同形式叶片前掠对性能的影响，并对其机理进行了分析。
2叶轮模型本文主要针对原型叶片的前掠进行了优化设计，其原型叶片和优化的整体前掠叶片及中部前掠叶片如下图1所示，相比原型叶片，整体前掠叶片的叶顶部分在叶轮旋转方向上更加前伸，而中部前掠叶片则展向的中部部分更加前凸。
轴流风机扇叶的流场分析与改进
基于 CFD 的轴流通风机叶片的流场分析与改进设计摘要：通过计算流体力学（CFD）方法对轴流通风机叶片的流场进行了虚拟样机的数值模拟，不仅得到了流场 的工作特性数据，而且提出了对叶片叶型的改进设计方案，并通过真实样机的试验验证了数值模拟分析的正确 性和改进设计的可行性。
最后，还对数值模拟与真实试验数据之间的差异原因进行了讨论。
关键词：轴流式通风机；叶片；CFD；流场分析；改进设计0 引言轴流通风机的传统设计方法主要有两种：一种是利用孤立翼型进行空气动力试验所得到的数据进行孤立翼 型设计，称为孤立翼型设计方法；另一种是利用平面叶栅的理论和叶栅的吹风试验所得到的数据进行设计，称 为叶栅设计方法[1]。
试验测量方法所得到的试验结果真实可信，但往往受模型尺寸、流场扰动、人身安全和测 量精度等的限制，有可能很难通过试验方法得到结果。
此外试验还会遇到经费投入、人力和物力的巨大耗费及 周期长等许多困难。
计算流体力学（CFD）的计算方法是近年来发展起来的新型独立学科，它兼有理论性和实 践性的双重特点，建立了许多理论和方法，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效的计算技术[2]。
轴流通风机叶片作为关键部件，其性能直接影响着风机的性能。
轴流通风机设计的主要任务就是设计出能保证 各项性能要求的高效率叶片。
本文介绍的是采用现今先进的 CFD 方法，以一款汽车用冷凝器风扇的叶片为例，进行探索性的流场分析 与改进设计研究。
1 叶片的 CFD 流场分析1.1 对象描述 该风扇总成的整体三维图如图 1 所示。
叶片直径为 250mm，材料为 PP，其技术要求：在静压 p=－50Pa（风机进口处的压力比周围空气低 50Pa），转速为 2600r/min 的情况下，风扇总成在一个标准大气压、温度为 20℃、相对湿度为 50%的空气，用标准电机在 12V 的电压下进行送风测试时，其送风量应≥900m3/h，标准电 机工作电流应≤7A。
一种基于ICEM的轴流风机设计优化方法
一种基于ＩＣＥＭ的轴流风机设计优化方法莫锦涛１ꎬ２ꎬ李长香１ꎬ２ꎬ陈训刚１ꎬ２ꎬ段春辉１ꎬ２ꎬ朱紫豪１ꎬ２(１中国核动力研究设计院ꎬ成都６１０２３１ꎻ２中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室ꎬ成都６１０２３１)摘要:采用基本翼型参数化设计方法对风机叶片进行设计ꎬ并基于ＩＣＥＭ所提供的ｒｐｌ文件接口以及程序录制功能实现轴流风机结构三维模型参数化建模与结构化网格划分功能ꎮ保证建模过程中可以对风机叶型㊁叶片数ꎬ叶片倾斜角度等进行相应的更改ꎮ在此基础上ꎬ开发 轴流风机设计优化应用程序 ꎬ该程序包含相应的设计模块㊁优化模块和定制模块ꎬ保证可以通过输入的设计参数和优化参数等对轴流风机进行自动的设计优化ꎮ关键词:轴流风机ꎻ参数化ꎻ设计ꎻ优化分类号:ＴＫ８３㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００１￣５８８４(２０２０)０３￣０１７６￣０３ＡＤｅｓｉｇｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒＡｘｉａｌＦｌｏｗＦａｎＢａｓｅｄｏｎＩＣＥＭＭＯＪｉｎ￣ｔａｏ１ꎬ２ꎬＬＩＣｈａｎｇ￣ｘｉａｎｇ１ꎬ２ꎬＣＨＥＮＸｕｎ￣ｇａｎｇ１ꎬ２ꎬＤＵＡＮＣｈｕｎ￣ｈｕｉ１ꎬ２ꎬＺＨＵＺｉ￣ｈａｏ１ꎬ２(１ＮｕｃｌｅａｒＰｏｗｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａꎬＣｈｅｎｇｄｕ６１０２３１ꎬＣｈｉｎａꎻ２ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＲｅａｃｔｏｒＳｙｓｔｅｍＤｅｓｉｇｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙꎬＣｈｅｎｇｄｕ６１０２３１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｐａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＣＬＡＲＫｙａｉｒｆｏｉｌｉｓｕｓｅｄｆｏｒｆａｎｂｌａｄｅｓｄｅｓｉｇｎ.ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＲＰＬｆｉｌｅｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｐｒｏｇｒａｍｒｅｃｏｒｄｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙＩＣＥＭꎬｔｈｅｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｇｒｉｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆａｘｉａｌｆｌｏｗｆａｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｒｅｒｅａｌｉｚｅｄ.Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｏｄｅｌｉｎｇꎬｔｈｅｆａｎａｉｒｆｏｉｌꎬｂｌａｄｅｎｕｍｂｅｒａｎｄｂｌａｄｅｔｉｌｔａｎｇｌｅｃａｎｂｅｃｈａｎｇｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ.Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓꎬｔｈｅａｘｉａｌｆｌｏｗｆａｎｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄ.Ｔｈｉｓｐｒｏｇｒａｍｉｎｃｌｕｄｅｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｄｅｓｉｇｎｍｏｄｕｌｅꎬｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅａｎｄｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄｍｏｄｕｌｅꎬｗｈｉｃｈｃａｎｅｎｓｕｒｅｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｘｉａｌｆｌｏｗｆａｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｉｎｐｕｔｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｘｉａｌｆｌｏｗｆａｎꎻｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎꎻｄｅｓｉｇｎꎻｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ０㊀前㊀言随着计算机硬件水平的进步ꎬ越来越多的学者选择通过ＣＦＤ软件来对风机流场进行模拟计算ꎮ在ＣＦＤ计算流程中ꎬ三维建模与网格划分是保障流体计算准确合理的重要环节ꎮ但是由于风机模型存在复杂的曲面和流道ꎬ因此整个三维建模和网格划分过程非常费时费力ꎮ尤其是在对风机进行优化时ꎬ往往需要对不同参数下的风机进行建模ꎬ重复的建模及网格划分无疑将耗费大量的人力资源ꎮ事实上ꎬ许多国内外学者都针对各自的研究对象ꎬ应用不同的方法ꎬ开发了不同形式的参数化建模与网格划分软件ꎮ安徽理工大学的王立杰㊁潘地林在Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ三维建模软件中实现对离心风机三维模型的参数化建模ꎬ在此基础上ꎬ利用Ｇａｍｂｉｔ日志文件对建立的三维模型进行参数化网格划分操作[１]ꎻ浙江大学的邹志超㊁阮晓东等在核主泵水力部件的初步设计过程中ꎬ应用ＶＢ对Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件进行二次开发ꎬ实现核主泵水力部件的参数化设计和自动化造型ꎬ在此基础上ꎬ按照ＡＰ１０００核主泵水力设计要求ꎬ基于造型模块设计软件完成核主泵水力模型的初步设计[２ꎬ３]ꎻ南京航天航空大学的申刚㊁魏艳红等针对典型焊接构件设计开发了六面体网格自动划分软件ꎬ以实现焊接构件模型的六面体网格自动划分功能[４ꎬ５]ꎻ哈尔滨工程大学的那旭东㊁王革等通过对Ｔｃｌ/ｔｋ脚本语言的修改和执行ꎬ在ＩＣＥＭ软件中进行二次开发ꎬ实现对弹库㊁导弹㊁排导口等的参数化建模以及结构化网格的划分[６]ꎻ华中科技大学的刘朝㊁吴钢等同样通过Ｔｃｌ/ｔｋ脚本语言对ＩＣＥＭ进行二次开发ꎬ最终实现了对水轮机转轮间隙模型的参数化建模与网格划分功能[７ꎬ８]ꎻ段冬霞等在商业软件ＵＧ㊁ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ㊁Ｆｌｕｅｎｔ的基础上ꎬ提出并建立了燃气轮机燃烧室的参数化ＣＦＤ模拟方法ꎬ实现了几何建模的参数化[９]ꎻ陈靖芯等通过对ＣＡＴＩＡ的知识工程顾问模块的二次开发ꎬ实现了碟簧系列化产品的自动设计[１０]ꎻ于建伟等以混凝土梁为例探讨了在ＡＮＳＹＳ中用ＡＰＤＬ进行参数化建模的方法[１１]ꎻ罗善明等基于Ｐｒｏ/Ｅｎｇｉｎｅｅｒ操作平台ꎬ研究渐开线变位斜齿轮的参数化建模方法[１２]ꎮ综上ꎬ对于比较复杂的模型ꎬ一般先采用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ㊁ＵＧ等三维建模软件进行几何模型的建立ꎬ再导入相应的有限元前处理软件进行网格划分等操作ꎬ这样的方法在模型拓扑结构发生改变时ꎬ往往容易造成几何模型点㊁线㊁面的命名发生改变ꎬ进而导致在前处理环节发生错误ꎮ而目前完全基于ＩＣＥＭ的参数化建模方法只对形状结构相对简单的模型实现了参数化建模与网格划分功能ꎬ而对于轴流风机一类的带有第６２卷第３期汽㊀轮㊀机㊀技㊀术Ｖｏｌ.６２Ｎｏ.３２０２０年６月ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＪｕｎ.２０２０㊀收稿日期:２０１９￣０８￣２０㊀㊀㊀㊀㊀㊀作者简介:莫锦涛(１９８９￣)ꎬ男ꎬ汉族ꎬ工程师ꎬ博士ꎮ从事反应堆结构设计工作ꎮ复杂的曲面和流道的情况还没有相应的研究ꎮ本文采用基本翼型参数化设计方法对风机叶片进行设计ꎬ并基于ＩＣＥＭ所提供的ｒｐｌ文件接口以及程序录制功能实现轴流风机结构三维模型参数化建模与结构化网格划分功能ꎮ保证建模过程中可以对风机叶型㊁叶片数㊁叶片倾斜角度等进行相应的更改ꎮ在此基础上ꎬ开发 轴流风机设计优化应用程序 ꎬ该程序包含相应的设计模块㊁优化模块和定制模块ꎬ保证可以通过输入的设计参数和优化参数等对轴流风机进行自动设计优化ꎮ１㊀轴流风机叶片叶型设计轴流风机叶片叶型设计采用基本翼型参数化设计方法ꎮ翼型是沿主气流流动方向叶片横截面的几何形状ꎬ设计中沿用比较多的翼型包括ＲＡＦ－６Ｅ翼型㊁ＣＬＡＲＫｙ翼型㊁ＬＳ翼型等ꎬ其中翼型中线是翼型轮廓线内切圆的中心连线ꎮ翼型可以通过图１所示的几个主要参数来进行描述ꎬ包括叶片长度㊁叶片厚度㊁叶片进口角㊁叶片出口角ꎮ假设新的叶轮叶片翼型与原始翼型弦长相同ꎬ且在相同弦长处翼型厚度也基本相同ꎮ新的翼型可以通过如下过程进行构造:新的翼型中线及厚度在基本翼型基础上按照翼型弦长得到的长度方向的比例系数得到ꎬ翼型上下表面轮廓线则通过翼型中线在垂直方向加减翼型厚度得到ꎮ翼型中线的角度变化则根据文献[１３]中提到的等载荷法ꎬ根据叶片进出口角度ꎬ将叶片扭转角度作为均布载荷ꎬ保证在翼型弦长方向上翼型中线的几何角度增加速度相等ꎮ图１㊀轴流风机叶型２㊀轴流风机的参数化建模方法本文利用Ｔｃｌ/ｔｋ脚本语言编写风机参数化建模的ｒｐｌ文档ꎬ如图２(ａ)所示ꎬ首先将需要参数化的尺寸设置为变量ꎬ从尺寸参数输入文件中读入相应的数据为变量进行赋值ꎬ然后依照点㊁线㊁面的顺序依次编写几何建模程序ꎬ最后利用ＩＣＥＭ中的程序录制功能记录网格划分Ｂｌｏｃｋ操作ꎮ这里与一般建模不同的有４点:(１)代表叶片截面的点坐标需要根据基本翼型数据以及叶片进口角㊁叶片出口角㊁叶片长度㊁叶片厚度进行计算得到ꎮ(２)由于模型结构复杂ꎬ为了保证后续网格划分Ｂｌｏｃｋ操作的顺利进行ꎬ需要建立一些辅助定位的点ꎬ这些点的坐标也根据输入参数计算得到ꎮ(３)由于叶片及流道沿周向对称ꎬ因此只需建立一个叶片及其流道的模型ꎬ这就需要建立辅助的流道周期性交界面ꎬ该交界面也需要根据模型尺寸的不同而相应地改变ꎮ(４)轴流风机流场在某些特定场合除了动叶流场以外还包括静叶流场以及喇叭口等部分ꎬ由于在Ｆｌｕｅｎｔ计算中ꎬ运动流场与静止流场允许单独建立模型ꎬ不同流场之间通过流体交界面边界条件进行数据交换ꎮ因此ꎬ为了降低参数化建模难度ꎬ需要对不同流场单独建立网格模型ꎬ并进行最终拼合ꎬ如图２(ｂ)所示ꎬ流程中分别建立了代表动叶流域的网格文件ＡＡＡ.ｕｎｓ和代表静叶流域的网格文件ＢＢＢ.ｕｎｓꎬ通过编写的ｃｏｍｂｉｎｅ.ｒｐｌ文件就可以将整个模型拼合ꎬ并最终导出可供Ｆｌｕｅｎｔ进行计算的网格模型ꎮ图２㊀轴流风机参数化建模方法整个过程可以由一个控制台应用程序进行管理ꎬ在使用时只需要根据自身需求更改相应的输入文件并运行控制台应用程序即可完成相应模型的建立ꎮ３㊀轴流风机设计优化应用程序设计一般而言ꎬ对风机进行模拟计算主要希望达到３个目的:(１)根据提供的设计参数ꎬ如流量㊁转速等ꎬ完成风机设计ꎮ(２)在已有设计或定制风机的基础上ꎬ对关键参数进行优化ꎬ提高效率ꎮ(３)根据自身需求任意更改风机几何参数ꎬ完成风机设计ꎮ如前所述ꎬ已经可以利用轴流风机的参数化建模方法ꎬ实现通过更改相应的尺寸参数输入文件即可运行程序自动生成计算模型ꎮ因此ꎬ根据不同需求ꎬ本文轴流风机设计优化应用程序对应地设置了如图３所示的设计模块㊁优化模块和定制模块ꎮ轴流风机设计优化应用程序大致流程如图４所示ꎮ首７７１第３期莫锦涛等:一种基于ＩＣＥＭ的轴流风机设计优化方法㊀㊀图３㊀轴流风机设计优化应用程序功能及参数图４㊀轴流风机设计优化应用程序计算流程先根据不同需求激活相应的模块ꎬ并更改相应的数据输入文件ꎬ紧接着调用对应的控制台应用程序进行相应的计算ꎬ最终将计算得到的结果输出显示和保存ꎮ在实际运行中ꎬ３个模块存在一些差别:(１)输入参数不同ꎮ设计模块需要输入诸如转速㊁流量等设计参数ꎬ优化模块则需要提供需要进行优化的变量ꎬ而定制模块则需要提供全套的风机尺寸ꎮ(２)计算过程不同ꎮ定制模块只需要根据输入参数生成网格ꎬ进行一次计算ꎬ然后将结果输出ꎬ而优化模块则需要根据计算结果对优化参数进行修改之后ꎬ进行新一轮的计算ꎮ４㊀运行结果如图５所示ꎬ为轴流风机六面体网格划分ꎬ可以看到整个风机参数化建模后形成规整网格ꎬ并且在叶片周围和叶顶间隙部分等流场变化较剧烈的部位都进行了细节上的加密ꎮ图６和图７则展示了不同叶片数和不同叶片扭转角度下的轴流风机网格模型ꎬ可以看到ꎬ经过参数化ꎬ只需要在代码中参数输入的对应位置修改变量的值即可自动完成相应的模型建立ꎮ以此为基础ꎬ就可以实现轴流风机设计优化应用程序相关模块的功能ꎮ图５㊀轴流风机六面体网格划分图６㊀叶片数不同的轴流风机网格模型图７㊀叶片扭转角度不同的轴流风机网格模型５㊀结㊀论㊀㊀本文采用基本翼型参数化设计方法对风机叶片进行设(下转第２２０页)运行经济性ꎮ由此可见ꎬ本项研究具有极大的可推广价值ꎮ未来ꎬ将在用不同汽源进行暖缸自适应控制方向对本课题进行更进一步地研究ꎮ参考文献[１]㊀白建云ꎬ冯㊀赓ꎬ李永茂ꎬ等.直接空冷机组背压影响多因素分析及逻辑优化[Ｊ].自动化技术与应用ꎬ２０１８ꎬ３７(１１):１３３－１３８ꎬ１６９.[２]㊀王家胜ꎬ文贤馗ꎬ邓彤天ꎬ等.某２００ＭＷ汽轮机组振动故障分析与处理[Ｊ].汽轮机技术ꎬ２０１２ꎬ５４(２):６８－７０ꎬ７４.[３]㊀崔英龙ꎬ王凤良.２００ＭＷ汽轮发电机组启动过程振动故障诊断及处理[Ｊ].汽轮机技术ꎬ２０１５ꎬ５７(１):７７－７８ꎬ８１.[４]㊀周立明ꎬ陈㊀峰ꎬ张㊀科ꎬ等.汽轮机启动时汽缸偏差产生原因及对机组影响分析[Ｊ].汽轮机技术ꎬ２０１５ꎬ５７(２):１４５－１４７.[５]㊀谷永坤.在热电联产中机组启动过程噪音控制措施探讨[Ｊ].城市建设理论研究(电子版)ꎬ２０１７ꎬ(１１):１８７－１８８.[５]㊀申㊀磊.６５０ＭＷ超临界机组启动加热系统优化[Ｊ].科技创新导报ꎬ２０１９ꎬ１６(１３):１０４－１０５.[６]㊀陈世和ꎬ朱亚清ꎬ潘凤萍ꎬ张㊀曦.１０００ＭＷ超超临界机组自启停控制技术[Ｊ].南方电网技术ꎬ２０１０ꎬ４(ｚ１):１－５.[７]㊀赵卫正ꎬ顾伟飞ꎬ华㊀敏ꎬ李丰均.５０ＭＷ供热机组汽流激振问题的分析及处理[Ｊ].电站系统工程ꎬ２０１９ꎬ３５(６):５０－５２.[８]㊀杨㊀林.消除火电机组汽缸膨胀不畅和轴系振动的技术改造[Ｊ].电力建设ꎬ２００６ꎬ２７(９):５０－５２.[９]㊀王秉仁ꎬ高㊀翔ꎬ卢盛阳.大型汽轮发电机组动静碰摩故障特征分析与现场处理[Ｊ].汽轮机技术ꎬ２００８ꎬ５０(６):４５７－４５９.[１０]㊀黄㊀仙ꎬ倪维斗.汽轮机转子热应力的 复频法 建模研究[Ｊ].动力工程学报ꎬ１９９５ꎬ(６):６－１１.[１１]㊀郑凯斌ꎬ郭荣春ꎬ李岩芳ꎬ等.固冲发动机补燃室温度场及热应力分析[Ｊ].固体火箭技术ꎬ２０１９ꎬ４２(５):５６７－５７０.[１２]㊀张群威ꎬ陶小培.铸铁模温度分布仿真及热应力分析[Ｊ].南方农机ꎬ２０１９ꎬ５０(１１):１１０－１１１.(上接第１７８页)计ꎬ并基于ＩＣＥＭ所提供的ｒｐｌ文件接口以及程序录制功能实现轴流风机结构三维模型参数化建模与结构化网格划分功能ꎮ保证在不同风机叶型㊁叶片数㊁叶片倾斜角度等输入下能生成高质量的网格模型用于流体仿真ꎮ在此基础上开发 轴流风机设计优化应用程序 包含相应的设计模块㊁优化模块和定制模块ꎬ保证可以通过输入的设计参数和优化参数等对轴流风机进行自动的设计优化ꎮ参考文献[１]㊀王立杰ꎬ潘地林.离心风机三维参数化及Ｇａｍｂｉｔ二次开发[Ｊ].风机技术ꎬ２０１４ꎬ(２):４３－４６.[２]㊀姜茂华ꎬ邹志超ꎬ王鹏飞ꎬ等.基于额定参数的核主泵惰转工况计算模型[Ｊ].原子能科学技术ꎬ２０１４ꎬ４８(８):１４３５－１４４０.[３]㊀邹志超.核主泵水力部件初步设计及惰转特性研究[Ｄ].杭州:浙江大学ꎬ２０１３.[４]㊀申㊀刚.基于典型焊接构件模型的有限元六面体网格自动划分算法研究[Ｄ].南京:南京航空航天大学ꎬ２０１３.[５]㊀魏艳红ꎬ申㊀刚ꎬ付学义.钢材焊接基础数据库及焊接性分析系统设计[Ｊ].焊接ꎬ２０１３ꎬ(３):８－１２.[６]㊀那旭东.基于ＦＬＵＥＮＴ软件的导弹意外点火情况下舱室维护仿真平台开发[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工程大学ꎬ２０１３.[７]㊀夏㊀彬.多分支母管参数化建模与一维三维耦合方法研究[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工程大学ꎬ２０１６.[８]㊀刘㊀朝ꎬ吴㊀钢ꎬ宫让勤ꎬ等.水轮机转轮间隙参数化网格生成方法研究[Ｃ].全国水力机械及其系统学术会议ꎬ２０１１.[９]㊀段冬霞.燃气轮机燃烧室参数化ＣＦＤ模拟方法的研究和应用[Ｄ].北京:中国科学院研究生院(工程热物理研究所)ꎬ２０１１.[１０]㊀陈靖芯ꎬ徐㊀晶ꎬ陆国民ꎬ等.基于ＣＡＴＩＡ的三维参数化建模方法及其应用[Ｊ].机械设计ꎬ２００３ꎬ２０(８):４８－５０.[１１]㊀于建伟ꎬ刘晓平.ＡＮＳＹＳ中的参数化建模方法研究[Ｊ].机械ꎬ２００８ꎬ３５(３):２１－２２.[１２]㊀罗善明ꎬ王㊀建ꎬ吴晓铃ꎬ等.渐开线斜齿轮的参数化建模方法与虚拟装配技术[Ｊ].机械传动ꎬ２００６ꎬ３０(３):２６－２８.[１３]㊀马广健.基于控制载荷法的离心风机单板叶片设计与内部流场分析[Ｄ].上海:上海交通大学ꎬ２０１１.(上接第２０４页)图６㊀动叶５０％叶高截面静压分布㊀㊀表４向心透平计算结果对比参㊀数质量流量ｋｇ/ｓ总对总等熵效率总对静等熵效率输出功率ｋＷ热力设计值２７.７６０.９０３０.８７３５１５.３６ＣＦＤ计算值２８.０３０.９２２０.８９６５３９.５０相对偏差＋０.９７％＋２.１０％＋２.６３％＋４.６８％㊀㊀由计算结果得出ꎬ利用本文方法设计得到的５００ｋＷＯＲＣ向心透平设计点性能优良ꎬ流量㊁效率㊁功率等主要参数均满足设计要求ꎮ４㊀结㊀论(１)本文利用ＣｏｎｃｅｐｔｓＮＲＥＣ设计平台进行了５００ｋＷ有机工质向心透平一维热力设计㊁三维造型设计ꎮ(２)三维ＣＦＤ数值分析表明ꎬ流量㊁效率等指标满足设计要求ꎬ本文的设计方法可行ꎮ参考文献[１]㊀韩中合ꎬ赵若丞ꎬ范㊀伟ꎬ等.有机工质向心透平数值计算及性能分析[Ｊ].汽轮机技术ꎬ２０１７ꎬ５９(６):４０９－４１２.[２]㊀李㊀晓ꎬ张燕平ꎬ朱志成ꎬ等.１０ｋＷ有机工质向心透平气动设计及优化研究[Ｊ].汽轮机技术ꎬ２０１８ꎬ６０(１):１１－１５.[３]㊀李燕生ꎬ陆桂林.向心透平与离心压气机[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ１９８４.。
试析微型轴流风扇优化设计系统的设计实现
试析微型轴流风扇优化设计系统的设计实现摘要：微型轴流电扇的优化设计系统一直是一个十分重要的研究课题，为了有效的提高微型轴流风扇的性能，尽可能缩短其设计周期，并降低微型轴流风扇的设计成本，成为了当前技术人员研究的主要目标。
本文中，笔者将通过对传统微型轴流风扇优化设计系统进行浅要分析，验证系统的实际效果。
关键词：轴流风扇；优化设计；实验验证对于微型轴流风扇的设计而言，需要经过大量的分析计算和试验以得出准确的数据，一款成功的微型轴流风扇往往都要经过十分漫长的设计周期，花费巨大的人力物力财力，而且得到的计算数据往往并非该型号微型轴流风扇的最佳数据。
在本文中，笔者将尝试探讨利用流体动力学技术替代传统设计模式中的试验和计算部分，以完成新型微型轴流风扇优化设计系统的实现。
1优化设计系统的组成就目前而言，主流的轴流风扇设计方法主要为以下两种：孤立叶型设计法；叶栅法。
笔者今天在这里探讨的是一种基于孤立叶型设计法的优化设计方法，并结合了流体动力学技术和遗传算法等诸多理论，共同组建的一种优化设计方式。
首先，让我们共同研究一下该系统的基础系统组成。
1.1系统语言开发本文涉及到的微型轴流风扇优化设计系统主要采用C++和Open GRIP这两种语言进行开发设计。
这其中，C++语言的主要作用，是依靠其优秀的计算能力，完成对于网格的划分，风扇参数的计算，数据库的建立，以及优化程序本身的确立。
而Open GRIP则主要用于完成风扇的三维建模。
实际上，随着现代化技术的发展，很多需要的功能都可以依靠其它软件的功能集成来完成，譬如ANSYS的有限元模块化分析和FLUENT流体仿真模块。
如果能够有机的将这些现有软件模块功能加入到优化系统之中，将能够大幅度的提升系统的开发进度，并尽可能的提升优化系统的性能。
1.2优化设计系统的组成如果要了解整个优化设计系统的组成，我们首先要了解微型轴流风扇的主要组成部分。
微型轴流风扇的设计需要对包括风扇外径，轮毂比，安装角，叶片弦长，叶顶间隙等参数进行综合计算，而优化设计系统要做的工作，就是完成对于以上数据的优化计算，寻找出符合设计要求的最优参数。
采用仿海鸥翼型叶片提升轴流风机气动性能的研究
Chinese Journal of Turbomachinery Vol.66，2024,No.2A Study on the Aerodynamic Performance Improvement of Axial Flow Fans Using the Bionic Blades Inspired by SeagullWings *Yue-fei Li 1Yi-xin Jiang 2Li-ming Wu 3Chen-ye Tian 2Yan-dong Wu 1Xiao-min Liu 2,*(1.Guangdong Midea Heating&Ventilating Equipment Co.,Ltd.;2.School of Energy and Power Engineering,Xi'an JiaotongUniversity,;3.Department of Electromechanical and Vehicle Engineering,Taiyuan University)Abstract：In order to improve the aerodynamic performance of axial flow fan,inspired by the unique structure of seagull wings with good gliding flight performance,this study investigates the effects of blade bionic design on the aerodynamic performance of axial flow fan used in the air conditioners by extracting wing structures at a specific cross-sectional position of the seagull wings.Firstly,the numerical method is used to solve the Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS)equations,and the aerodynamic performance and internal flow fields of the axial flow fan with bio-seagull wing blades are analyzed numerically.Then,the large eddy simulation (LES)method and Ffowcs-Williams and Hawkings (FW-H)acoustic analogy theory are adopted to numerically predict the aerodynamic noise of the axial flow fan.The results show that at the designed rotational speed,the aerodynamic efficiency of the axial flow fan with bionic blades based on the seagull wings is improved by 3.1%.At the same flow rate condition,the aerodynamic noise of the axial flow fan with bionic blades is reduced by 1.0dB(A)compared to the prototype fan.By using the bionic blades inspired by the seagull wings,the static pressure distribution on the blade surfaces of the axial flow fan is uniform,and the pressure pulsation in the middle section of the blade surfaces is significantly reduced.At the same time,the flow separation is suppressed effectively at the inlet hub and blade tip area of the axial flow fan,and the airflow pulsation and non-uniformity caused by blade wake vortex shedding are relatively weakened,which improves the aerodynamic performance of the axial flow fan.Keywords：AxialFlowFan;BionicBladeInspiredBySeagullWings;BionicDesign;FlowControl;AerodynamicPerformance;Noise摘要：为提升轴流风机的气动性能，受到具有良好滑行飞行性能的海鸥翅膀独特的翼型结构的启发，本文研究通过提取海鸥翅膀特定截面位置处的翼型结构应用于轴流风机的叶片设计中，考察了叶片仿生设计对空调器用轴流风机气动性能的影响。
散热轴流风扇用翼型改型优化设计
散热轴流风扇用翼型改型优化设计
潘旭光;麻肖妃;孙瑜珮;张欣莉;陈转
【期刊名称】《成都航空职业技术学院学报》
【年(卷),期】2022(38)4
【摘要】翼型是影响轴流风扇气动性能的关键因素,良好的翼型能获得更佳效率的风扇,从而减小耗电量。
首先采用Profili软件对NACA4412航空翼型进行提高升阻比的改型优化设计,得到了一种新的适用于散热轴流风扇的高性能翼型
NACA4412-MOD。
然后通过数值仿真对新旧翼型进行气动性能计算。
结果显示,在给定的雷诺数条件下,迎角相同时,比原翼型相比,新翼型的升力系数更大,阻力基本不变或略有增加,升阻比提高明显,并且维持高升阻比的迎角范围更广。
【总页数】5页(P34-38)
【作者】潘旭光;麻肖妃;孙瑜珮;张欣莉;陈转
【作者单位】浙江三新科技有限公司;成都航空职业技术学院;中国兵器工业集团西安北方光电科技防务有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM303
【相关文献】
1.小型轴流散热风扇出口换热特性研究
2.轴流通风机翼型的优化设计研究
3.微型轴流风扇优化设计系统的设计实现
4.高升力层流翼型在轴流风扇设计中的应用
5.轴流风扇叶片截面翼型的多点优化设计
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煤粉用轴流式通风机的气动特性分析与优化设计
煤粉用轴流式通风机的气动特性分析与优化设计在煤矿和燃煤电厂中，煤粉用轴流式通风机被广泛应用于煤粉燃烧过程中的燃烧空气供应系统中。
因此，对于煤粉用轴流式通风机的气动特性进行分析和优化设计具有重要意义。
本文将通过对煤粉用轴流式通风机的气动特性进行详细分析，旨在提高其效率和性能。
煤粉用轴流式通风机是一种用于输送和供应煤粉燃烧所需空气的关键设备。
其工作原理是通过叶轮叶片的旋转，产生气流，同时将空气压力增加到所需水平。
在正常工作过程中，煤粉用轴流式通风机需要满足以下几个关键指标：流量、静压和效率。
首先，我们将对煤粉用轴流式通风机的气动特性进行分析。
煤粉用轴流式通风机内部的气流是复杂的，通风机的叶轮叶片和进出口流道的设计直接影响着气流的流动。
根据流体动力学的原理，流体在叶片的作用下会产生加速和减速。
因此，在设计通风机时，叶轮叶片的形状、数量和布局需要被充分考虑，以优化通风机的气动特性。
其次，我们需要关注煤粉用轴流式通风机的流量特性。
流量是指单位时间内通过系统的气体或液体体积。
在煤粉燃烧过程中，煤粉用轴流式通风机需要能够提供足够的空气流量以维持燃烧过程稳定。
因此，在设计通风机时，需要考虑不同工况下的空气需求量，并确保通风机的流量特性能够满足这些需求。
同时，静压特性也是煤粉用轴流式通风机设计中需要考虑的重要指标。
静压是指气体或液体在介质中由于速度变化而产生的压力。
在煤粉燃烧过程中，煤粉用轴流式通风机需要能够提供足够的静压以克服管道输送和阻力损失，以实现煤粉燃烧热效率的提高。
因此，通风机在设计时需要考虑静压特性，使其能够稳定工作并提供所需的静压。
除了流量和静压之外，通风机的效率也是一个重要的指标。
通风机的效率是指输出功率与输入功率之比，通常以百分比表示。
在煤粉燃烧过程中，通风机的效率直接影响燃煤电厂的能源消耗和经济效益。
因此，在设计煤粉用轴流式通风机时，需要考虑通风机的效率，使其在提供所需流量和静压的同时，尽可能地减少能量损失。
飞机翼型优化设计研究
飞机翼型优化设计研究随着航空科技的不断发展，飞机翼型的优化设计成为提高飞行性能和经济性的关键因素之一。
飞机翼型作为飞机的重要组成部分，具有直接影响飞机气动性能的特点。
因此，研究如何通过优化飞机翼型设计来提高飞机的性能和经济性，成为航空界的研究热点之一。
飞机翼型的优化设计旨在通过改变翼型的几何形状和气动特性，以提高飞机的升力、阻力和稳定性。
首先，优化翼型的升力表现是设计的重要目标之一。
升力对于飞机的起飞、爬升和降落等关键飞行阶段至关重要。
因此，通过改变翼型的线型和厚度分布，以及尾缘形状，可以有效控制飞机在不同飞行状态下的升力性能。
其次，飞机翼型的优化设计还需要考虑阻力的减小。
阻力是限制飞机速度和燃油消耗的重要因素之一。
通过减小翼型的阻力系数，可以显著提高飞机的速度和燃油经济性。
在翼型的优化设计中，可以采用对称翼型、厚度分布均匀的翼型或者具有翼翼面镜像对称性的翼型，以减小阻力的产生。
此外，稳定性是飞机设计中的一个重要考虑因素。
飞机翼型的优化设计应该能够保证飞机在不同飞行阶段的稳定性和操纵性。
通过改变翼型的后掠角度、扭曲分布和翼展，可以改善飞机的稳定性和操纵性。
同时，考虑到现代飞机的超音速飞行需求，优化翼型的横纵向稳定性、阻尼特性也是必要的。
飞机翼型优化设计的研究方法主要可以分为两类：传统试验和计算模拟。
传统试验方法通过在飞行试验台和风洞试验台上获取飞机翼型在不同飞行状态下的气动力数据，通过搜集和分析这些数据，并借助经验公式和实验结果进行优化设计。
然而，传统试验方法存在试验时间长、成本高等缺点。
此外，随着计算机技术的发展，计算模拟方法逐渐成为飞机翼型优化设计的主要手段。
计算模拟方法基于数值计算方法，通过数值模拟和仿真分析飞机在不同飞行状态下的气动性能，以达到优化翼型的目的。
在飞机翼型优化设计中，遗传算法、人工神经网络和流体动力学等技术也被广泛应用。
遗传算法是通过模拟生物进化过程中的遗传遗传和适应性选择来优化飞机翼型，能够找到全局最优解。
一种轴流泵导叶翼型优化设计方法
一种轴流泵导叶翼型优化设计方法我折腾了好久一种轴流泵导叶翼型优化设计方法，总算找到点门道。
说实话，刚开始的时候，我完全是瞎摸索。
我就知道轴流泵导叶翼型这玩意很重要，它会影响到轴流泵的很多性能，像效率啊、扬程啥的。
一开始我就想，那我就随便改改这个翼型的形状呗。
我这里加一点，那里减一点，就像做手工捏泥人一样，哪看着不顺眼就弄一下。
然后我就去测试这个新的翼型，结果好家伙，效果那叫一个差啊。
泵的效率不但没提高，还降低了不少，我当时就特别沮丧，感觉自己完全是在乱搞。
后来我想啊，我不能这么盲目了。
我就去翻了好多书，找了好多论文，看看人家都是怎么做的。
这就像是迷路的时候找地图一样。
我发现原来可以根据流体力学的一些原理来设计。
比如说，根据流场的分析来确定翼型哪里需要调整，像某些地方压力过大或者过小的区域，就应该针对性地优化翼型。
但是具体怎么做呢？我就又开始尝试。
我试着用一些数值模拟软件，像CFD软件。
这个软件就像一个小助手，它能告诉我在不同的翼型下，流场是啥样的，压力分布是咋样的。
但是用这个软件也不容易，里面有好多参数要设置，我开始的时候也设置得乱七八糟。
我就慢慢试着调整这些参数，一点点摸索规律。
有时候一个小参数设置错了，整个结果就完全不对，就像炒菜的时候盐放多了，那整道菜就毁了。
我还试过根据现有的一些成功的翼型来进行改进。
比如说那些已经被证明在特定条件下效率很高的翼型。
我就想啊，我就在这个基础上改改，但是也不是随便改的。
我还是按照流体力学的原理，看哪里的流线还可以优化，哪里的形状可能还能改进得更贴合流场。
这就像是做拼图，在原来已经有一个大概样子的基础上，一点点把它做得更完美。
我觉得在做这个轴流泵导叶翼型优化设计的时候，不要光想着做新的东西，也要学会从已经有的成果里找灵感。
而且一定要有耐心，千万不能像我开始那样瞎搞一通。
数值模拟软件虽然是个好帮手，但是一定要学会怎么正确使用它，要理解那些参数的意义，不然就很容易出错。
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（ 6）
图4 CLARK - Y 优化前后的几何形状比较
二次规划问题 （ 可容易地应用对偶法求解。 6） 对翼 型 优 化 问 题， #=（
7
1
，2 ， …，i ， …，
T ） （ 式和 （2 ） 式中的形状函数的权系数。 1） i 即 目标函数的梯度是通过向前差分近似求得的
…，i + f（O ） f（ 1 ，2 ， ＞
O
! W d O + F7 IdS + ! t ! O
G7 $ dS = 0 （ 3）
G O
这里
P
图1 翼型优化设计流程图
P
2 I P + P+ G F = PU+ T I$
P W= O P E P
1 . 设计变量 优化设计从一个基本翼型开始， 将光滑的几 何扰动叠加到这个基本翼型的上、 下表面， 形成新 的翼型。上、 下表面的几何扰动是一系列形状函 数的线性组合， 新翼型的几何形状由以下两式表 达：
m
f（O ） …， （ S .t . c i（O ） =0 i =1 ， 2， me 4） …， c i（O ） ） 0 i = me + 1 ， me + 2 ， m 上式中 m “极小化” ， i n 的含义是 S .t . 的含义是
m in “受约束于” ， （设计变量） ， 目标函数 O 为7 维向量 7 f 和约束函数c i 均为定义于R 中的二阶连续可 微函数。定义拉格朗日函数为
高永卫 （西北工业大学） !本文其他作者： 2003 年4 月11 日收到 北京市 100083
性规划问题的最优秀的算法之一， 在具有整体收敛性 的同时保持了局部超一次收敛性。 采用雷诺平均 N - S 方程作为低速翼型流场 分析程序。由于 N -S 方程考虑了粘性作用， 能够 比较准确地模拟旋涡、 分离等各种流动现象， 所以 设计结果有较高的可信度， 从而使优化设计具有 实际的应用价值。 二、 设计方法 一组设计变量决定了翼型的几何形状， 网格 生成程序根据几何形状生成计算网格， 流场分析 程序网格和给定的流动条件 （设计状态） 可计算出 绕翼型的流场， 从而得到对应于这组设计变量的 翼型气动性能， 某一气动参数 （如升力系数， 阻力 系数等） 构成了目标函数， 于是， 目标函数和设计 变量之间的函数关系建立起来了。对这个高度非 线性的函 数， 用 数 值 优 化 程 序 进 行 最 优 化 处 理。 翼型的优化设计过程从一个基本翼型出发， 按照 数值优化方法的要求， 不断改变设计变量的值， 直 至获得目标函数最优的翼型几何形状。翼型的优 化设计流程见图 1 。
7
P
+ G T -k I +U I$
G T G I
U P I$ PU+ T
2 G= P U + P +G $
7 =
［7 ］ 7
I $
= $ b（I ） + $ （I ）
i =1 7 + 7l
（I ） S ig i
（ 1）
G T U + T G I$ + U P $ -k G $ 本文采用 Bal d w in - l o max 湍流模型。采用 格点格式的有限体积法进行空间离散， 5 步 Runge
— 20
—
轴流通风机翼型的优化设计研究 表面的形状函数的个数， $ b 和$lb 分别为基本翼型 的上、 下表面坐标， 各形状函数的权系数S i 就是设 计变量， 7 = 7 + 7 l 为设计变量的个数。
［ 1］ 函数 ， 见图
本文选用16 个 H icks - Henne 函数作为形状 2。
2 . 流场分析 在直角座标系 （I ， 中， 守恒形式的二维 N $） S 方程为
图5 CLARK - Y 优化前后的压力分布比较 表1
参数
CLARK - Y 优化设计结果
C lar k - Y 1 .806 0 .0610 -0 .0764 0 .0811 优化翼型 1 .958 0 .0545 -0 .0983 0 .0813 变化量 （% ） 8 .42 -10 .66 28 .66 0 .25
L（O ， ） = f（O ） -
i =1
】 ic i（O ）
（ 5）
算机自动完成。
T 是拉格朗日乘子向 其中 =（ 1 ，2 ， … m） 量。对拉格朗日函数施行拟牛顿法， 在每次迭代 a 中， 使正定对称矩阵 ! （ …） 是 HeSSe 矩 a =0 ， 1， 2， 2 a a （ 的良好近似并不断更新， 则可以通 阵VX " #， !）
3 . 优化方法 本文采用的优化方法是 SOP 方法 （序列二次 规划） 。 — 21 —
回设计试验
最优化问题的一般形式为
风机技术 2003 年第6 期
型的升力系数 Cy 提高了 8 .42 % ， 同时阻力系数 而俯仰力矩系数 C m 增加了 CO 降低了 10 .66 % ， 翼型面积 A 增加了 0 .25 % 。可见在全 28 .66 % ， 面满足约束条件的情况下翼型的气动性能有了很 大提升。优化设计中调用流场分析程序 68 次， 在 一台 P4 微机上 （主频2 .4 G ， 内存1 G ） 仅耗时34 分 钟29 秒。 在设计中未进行人工干预， 全部工作均由计
本文将粘性流场计算程序和非线性多约束数值优 化方法耦合起来， 发展了一种适于工程的轴流式通风 机翼型优化设计方法。选用的优化算法基于序列二次
［ 5］ 规划 （ 方法 。 SO P） SO P 方法是当今求解光滑的非线
Abstract ： this paper presents a desi gn met hod of axi al f an airf oil t hat cou ples viscous floW anal ysis and nu merical opti m izati on t o search an airf oil geo metr y W it h i mproved aerody na m ic perf or mance characteristics While satisf yi ng specified desi gn constrai nts . the floW Was modeled W it h Rey nol ds- averaged Navier- S tokes eCuati ons i n order to produce reli able desi gns . the opti m izati on al gorit h m Was （Successi ve Ouadratic Progra mm based on SOP i ng ） met hod . exa mple results are shoWn f or CLARK -Y airf oil opti m izati on . the st udy i ndicates t hat t he proposed approach is attracti ve f or practical use i n i ndustr y because of its hi gh desi gn Cualit y and reasonable co mputati onal cost . Key words ： Axi al fl ow f an Airf oil Opti m izati on desi gn 一、 引言 目前我国轴流式通风机的翼型大都还采用上 世纪40 年代以前开发的飞机机翼和螺旋桨翼型， 如 RAF - 6 e 、 CLARK - Y 、 NACA 系列、 LS 系列 ［ ］ 1 等 。从现代观点来看， 这些翼型的空气动力性
4
风机技术 2003 年第6 期
七、 结论 （ 本试验采用的扩展的串行发送系统， 在较 1） 大程度上提高了传送速度。 （ 本试验装置解决了如何将旋转系统内部 2） 信号可靠地传输到静止系统的问题。 （ 采用将逐位数据发送的串行式发送方式， 3） 较好地避免了高速旋转系统光电信号转换数据位 丢失。 （ 试验装置通过光电返回式校验系统和二 4） 次校验系统完成了信号数字传送过程中的错误校 验。满足旋转系统中信号在动静结构中传送的可 行性、 可靠性要求。 （ 发送数据方式传送速度介于并行与串行 5） 之间， 数据位由 1 位扩展到两位， 传送速度增加 1 倍； 扩展到2 位， 则提高 2 倍； 提高到 8 位， 则提高 扩展数安排 2 6! 8 倍。由于微处理的结构限制， 的倍数较合理。
- kutta 公式进行时间推进。采取了当地时间步 长、 隐式残值光顺、 多重网格等措施， 大大加快了 收敛速度。 计算所用的 C 型网格见图3 。
= $lb（I ） + $l（I ）
（I ） S ig i
i = 7 +1
（ 2）
图2
形状函数
图3
绕翼型的 C 型网格 （ 129 > 49 ）
这里 I 、 下标 $ 为翼型表面的无量纲坐标， 表示上表面， 下标l 表示下表面， 下标 b 表示基本 翼型， 下 7 、 7 l 分别为叠加于上、 g i 为形状函数，
参 考 文 献
图7 虚线位置信号处于上升沿且已达到高电平， 会导致启动触发， 但此时读取数据位会不可靠， 通 过微处理器进行相应的延时处理， 确保在峰值读 取数据， 这样可以获得可靠的数据。但由于结构 的公差和二极管性能的差异， 这需要通过大量的 调试来掌握最佳延时。 3 . 在使用微处理器处理接受二极管的触发信 号时， 理论上既可采用中断方式， 也可采用查询方 式， 实践中， 采用查询方式却存在两个困难： #需 要调节好时序； 会在每位数据间自 $接收数据时， 动 插 入 0 ，导 致 数 据 错 误，如 发 射 二 进 制 则收到 10001010 ， 后四位数据丢失， 其 10110000 ， 原因待查。在实践中， 数据位采用状态触发器， 而 启动数据位采用中断方式则可以较好解决这一问 题。