Автореферат (Численное моделирование течения вязкого газа в осевых вентиляторах с лопатками обратной стреловидности методика, результаты и практические рекомендации), страница 3

7. Зависимость коэффициента мощности откоэффициента производительности (5-ть лопаток).151η0,90,80,70,60,50,40,3ов-23_n=1200_эксперов-23_n=1200_rkeVint_H-1_n=12000,20,1000,10,2φ 0,3Рис. 8. Зависимость коэффициента полезного действияот коэффициента производительности (5-ть лопаток).0,15ψ0,10,05ов-23_5л_n=1200-эксперов-23_5л_n=1200Vint_H-2_5л_n=800000,10,2φ 0,3Рис. 9. Зависимость коэффициента полного давления откоэффициента производительности (5-ть лопаток).0,25ψ0,20,150,1vint_H-3_4л_n=800vint_H-3_5л_n=800vint_H-3_6л_n=8000,05000,10,2φ 0,3Рис.

10. Зависимость коэффициента полного давления откоэффициента производительности.160,2ψ0,15ов-23_n=1200-эксперH-3_n=800_rke0,10,05000,10,2φ 0,3Рис. 11. Зависимость коэффициента полного давленияот коэффициента производительности (5-ть лопаток).Рис. 12. Распределение коэффициента давлениявдоль лопатки в сечении r  0.1225 м.Рис. 13. Распределение коэффициента давлениявдоль лопатки в сечении r  0.2275 м.17Рис.14.

Распределение коэффициента давлениявдоль лопатки в сечении r  0.35 м.Особенно важным моментом является повышенная устойчивостьвентилятора обратной стреловидности к отрыву потока. Разберем этоявление на примере 5-ти лопастного вентилятора Н-1. На рис. 12 – 14представлено распределение давления вдоль хорды лопатки вентиляторовпри   0.18 и для различных значений радиуса. Сечения взяты около втулки,в центре лопатки и на самом ее конце.

Скоростной напор посчитан поокружной скорости вентилятора. Видно общее отличие в распределениидавления на лопатке вентилятора от обычных крыльев. Так, например, увентиляторов пики максимального и минимального давлений расположеныпрактически вдоль передней кромки профиля. У вентилятора ОВ-23 лопаткипрактически не имеют стреловидности и тем не менее разрежение вдольверхней поверхности лопатки непрерывно растет от корневого сечения кконцевому,чтопрямопротивоположноповедениюдавлениянанестреловидных крыльях, но схоже с распределением давления на крыльяхпрямой стреловидности.

Помимо этого у вентилятора ОВ-23 к концевомусечению = 0.35 м растет обратный градиент давления, как и на крылепрямойстреловидности,чтоособеннозаметнонарис.14.Этотвозрастающий градиент давления и вызывает преждевременный срыв потока18в отличии от вентилятора Н-1, у которого и максимум разрежения вконцевом сечении намного меньше. Имеющие место различия в поведениираспределения давления у вентиляторов и крыльев может быть вызвано впервую очередь вращением лопаток вентилятора и наличием кориолисовойсилы, изменяющей картину линий тока у его поверхности.Выполненные исследования в целом показали, что вентиляторыразработанного семейства "Н" с криволинейными лопатками обратнойстреловидности по передней кромке по некоторым показателям нескольколучше вентиляторов ЦАГИ ОВ-23 и ОВ-121.

При этом: Вентилятор с вогнутыми лопатками Н-1 обеспечивает повышениекоэффициента полезного действия на 7-10%, Н-2 - до 8% и расширениезоны устойчивой работы по сравнению с вентилятором ЦАГИ ОВ-23 приравных габаритных размерах и углах установки лопатки. Вентилятор Н-3сбольшимилопаткамиимеетсущественнобольшиезначениякоэффициента полного давления, но при этом сужается размер зоны егоустойчивой работы по сравнению с ОВ-23.

Пятилопастной вентилятор свогнутыми лопатками обеспечивает повышение коэффициента полезногодействия на 2,5%, коэффициенты полезного действия у четырех- ишестилопастного соизмеримы с вентилятором ОВ-23, а КПД увосьмилопастного вентилятора с вогнутыми лопатками уменьшается на18% по сравнению с вентилятором ОВ-23 при равных габаритныхразмерах и углах установки лопатки. ВентиляторыН-1, Н-2, Н-3с большимчислом лопаток даютзначительный прирост коэффициентов давления и мощности, но зона ихустойчивой работы уже, чем у вентилятора с меньшим числом лопаток.Однако при двукратном увеличении количества лопаток возможнозначительное снижение угловой скорости вращения вентиляторов,обеспечивающих заданный расход при фиксированном сопротивленииканала.19 Пяти- и шестилопастной вентиляторы Н-1 дают более равномерное полеосевой скорости за ними и большие значения для коэффициентаполезного действия, чем у четырех- и восьмилопастных вентиляторов. Частота вращения вентилятора Н-1, как и должно соответствоватьтеории, практически не влияет на безразмерные параметры: коэффициентдавления, КПД, коэффициент мощности.В пятой главе исследовано влияние формы кока и относительногоразмера втулки на характеристики вентилятора.

Проведено моделированиевентилятора с коком разных форм: полуэллипсоида, полусферы иукороченной полусферы. Полуэллипсоид имел большую ось равную 1.4вт именьшую ось вт . Полусфера имела диаметр равный диаметру втулки.Укороченная полусфера имела длину = 0.3вт . Результаты исследованияпоказали,чтоприменениекокаразличныхисследованныххорошообтекаемых форм: полуэллипсоида, полусферы и укороченной полусферы неприводит к значительному изменению характеристик вентилятора.В этой же главе проведено моделирование вентилятора с разнымиотносительными размерами втулки:= 0.35; 0.45; 0.55.

Сводные результатыпредставлены на рис. 15.- 17.0,15ψd/D=0.35d/D=0.45d/D=0.550,10,05000,10,2φ 0,3Рис. 15. Зависимость коэффициента полного давления откоэффициента производительности.200,03λ0,020,01d/D=0.35d/D=0.45d/D=0.55000,10,2φ 0,3Рис. 16. Зависимость коэффициента мощности откоэффициента производительности.η10,90,80,70,60,50,4d/D=0.350,3d/D=0.450,2d/D=0.550,1000,10,2φ 0,3Рис. 17. Зависимость коэффициента полезногодействия от коэффициента производительности.Анализируя кривые, приведенные на этих рисунках, можно сделатьвывод, что с ростом размера втулки ухудшаются суммарные характеристикивентилятора (уменьшается КПД вентилятора на 17-20%), но в то же времязона его устойчивой работы расширяется в область меньших значенийкоэффициента производительности.21В шестой главе исследовано влияние диффузора на аэродинамическиехарактеристики вентиляторов.

Проведено моделирование вентиляторов сдиффузором аэродинамической трубы Т-1 МАИ. Некоторые характерныерезультаты исследования представлены на рис.18- 20.0,15ψ0,10,05H-1_6лH-1_6л_с диффузором000,1φ 0,30,2Рис. 18. Зависимость коэффициента полного давления откоэффициента производительности.0,04λ0,030,02H-1_6л0,01H-1_6л_с диффузором000,10,2φ0,3Рис. 19. Зависимость коэффициента мощности откоэффициента производительности.22η10,90,80,70,60,50,40,30,20,10H-1_6л00,10,2φ 0,3Рис. 20. Зависимость коэффициента полезногодействия от коэффициента производительности.Результаты проведенного вычислительного эксперимента показали, что:- Коэффициенты полного давления, полезного действия и мощностивентилятора Н-1 с диффузором уменьшаются по сравнению со случаембез него соответственно на 10, 4.7 и 6%.

Кроме этого, максимальноеполное давление и зона устойчивой работы вентилятора сдвигаются вобласть меньшего значения коэффициента производительности (растетзона устойчивой работы вентилятора).- При применении вентиляторов с широкими лопатками Н-2 и Н-3наличие диффузора практически не влияет на их расходно - напорныехарактеристики в области рабочих режимов течения. Зона устойчивойработы вентиляторов увеличивается.В седьмой главе приведен пример практического применениярезультатовдиссертационнойработыповыборувентиляторадляаэродинамической трубы Т-1 МАИ. Выбор проведен с учетом располагаемыххарактеристик электродвигателей переменного тока и основан на анализепотребныхирасполагаемыхмощностей.Приведеныпрактическиерекомендации по модернизации винтомоторный группы аэродинамической23трубы Т-1 МАИ.

В частности, для трубы Т-1 рекомендовано использованиевентиляторов Н-1 с 5-ю или 6-ю лопатками. Их применение обеспечиваетпотребные скорости потока в рабочей части установки при самой низкоймощности, при повышенном на 5-7% КПД и увеличенном диапазоне рабочихрежимов.В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы. В работе предложено семейство вентиляторов "Н", длякоторых определена схема построения лопаток и рабочих колес. На основевычислительногоэкспериментаопределеныихрасходно–напорныехарактеристики, получены поля течений, дано физическое объяснениенекоторыхсущественныхпроцессовиособенностей,присущихиспользованию лопаток с обратной стреловидностью.

Основные научные ипрактические результаты работы состоят в следующем:1. Вентилятор с вогнутыми лопатками Н-1 обеспечивает повышениекоэффициента полезного действия на 7 - 10%, Н-2 - на 8% и расширениезоны устойчивой работы по сравнению с вентилятором ЦАГИ ОВ-23 приравных габаритных размерах и углах установки лопатки. Вентилятор Н-3с большими лопатками создает большее полное давление, но КПД приэтом уменьшается, сужается и зона устойчивой работы вентилятора посравнению с ОВ-23.2.

ВентиляторыН-1, Н-2, Н-3с большимчислом лопаток даютзначительный прирост коэффициентов давления и мощности, но зона ихустойчивой работы уже, чем у вентилятора с меньшим числом лопаток.Однако при двукратном увеличении количества лопаток возможнодвукратноеснижениеугловойскоростивращениявентиляторов,обеспечивающих заданный расход при фиксированном сопротивленииканала.243.

Модель − Realizable в данном случае оказалась самой подходящей изтрехмоделей: − Realizable, − SST,Spalart-Allmarasдлямоделирования течения в окрестности вентилятора.4. Пяти- и шестилопастной вентиляторы Н-1 дают более равномерное полеосевой скорости за ними и большие значения для коэффициентаполезного действия, чем у четырех- и восьмилопастных вентиляторов.5. Применение кока различных форм: полуэллипсоида, полусферы иукороченной полусферы не приводит к значительному изменениюхарактеристик вентилятора.6. С ростом размера втулки ухудшаются характеристики вентилятора, но вто же время область его устойчивой работы расширяется в сторонуменьших значений коэффициента производительности.7.