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地铁风机椭圆形叶片结构改进及其空气动力学特性研究
| 论文题名： | 地铁风机椭圆形叶片结构改进及其空气动力学特性研究 |
| 关键词： | 地铁通风系统;风机;椭圆形叶片;结构设计;空气动力学 |
| 摘要： | 地铁风机作为地下通风系统的核心设备之一，经常出现旋转失速的现象，导致发生边界层分离，大范围涡流的产生造成风机风压的紊乱。旋转失速的发生取决于叶片本身结构性能、气流情况等因素，所以针对风机椭圆形叶片的空气动力学特性分析及结构改进具有重要的理论意义和实际意义。 分别使用标准κ-ε、RNGκ-ε、Realizableκ-ε三种湍流模型与SIMPLE算法、SIMPLEC算法两种速度压力耦合算法进行组合对叶片进行空气动力学特性分析，得到不同算法下的阻力系数、升力系数以及升阻比在不同攻角下的变化曲线，并与实际的风洞试验数据相对比。结果表明，RNGκ-ε模型和SIMPLEC算法的组合所得到的结果与试验数据最为贴近，从而确定了本文研究问题的方法。 对普通椭圆形叶片叶栅进行空气动力学特性分析，得出了叶片在不同叶栅稠度条件下的速度矢量分布以及叶片尖端区域的速度矢量分布图。结果表明，在叶栅稠度为σ=0.5时叶片具有较好的空气动力学性能。 建立普通椭圆形叶片叶轮整体的三维模型，对叶轮内部流场进行数值分析模拟，得出叶片跨中及轮毂处的迹线分布情况，发现导致旋转失速的原因是叶片尖端有涡流形成。对叶片进行结构改进，通过对比分析可得，新型叶片跨中部位流体流动速度最大与最小速度差值下降了约23％，且轮毂处流体的偏离情况也得到有效的好转，叶片尖端的气流涡流也基本消失。 对比分析改进叶片与普通椭圆形叶片的空气动力学特性，得到对应的速度矢量分布图、升阻力系数分布曲线及叶片上下表面压力分布情况，结果表明，改进叶片可以有效减小头部区域内高速区的范围，进而改善旋转失速的问题。在叶片头部旋转过10°时，叶片的空气动力学性能达到最优，此时升阻比为16，对应的攻角为6°。 |
| 作者： | 李博识 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王春华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 辽宁工程技术大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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