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以工程实际和经济因素等作为出发点,圆弧板翼型被各类轴流式通风机广泛采用,而在风机叶片环量气动设计计算时所需要此类翼型详尽的特性曲线却实为匮乏。本文以轴流式风机常用基础翼型即圆弧板翼型为研究对象,采用数值模拟的方法探究了圆弧板翼型自身特征参数与所在流场参数对其气动性能的影响规律,并对圆弧板翼型远场声学传播特性进行了预测分析。
首先,建立了圆弧板翼型绕流场模型,并对该模型数值模拟数据与风洞实验数据对比验证了此模型的准确性,确定了控制模型和边界条件。
其次,使用验证后的模型数值计算了各参数对圆弧板翼型气动性能的影响规律,所研究的参数有相对弯度、中弧线形状、翼型前缘形状、翼型壁面粗糙度、来流攻角和来流速度。结果表明,当相对弯度在0.03~0.15范围内变化时,相对弯度为0.09的圆弧板翼型综合气动性能最佳,相对弯度为0.03的圆弧板翼型综合气动性能最差,且相对弯度大的翼型升力系数、阻力系数均更大。当攻角为2°时,随着相对弯度的增大,翼型表面流动由附着状态转为出现分离涡,且圆弧板翼型流动分离点在翼型前端下表面。中弧线形状为抛物线形的翼型较单圆弧翼型性能提升2%左右。前缘形状对翼型气动性能影响较大,翼型前缘面为弧面时较平面型前缘升阻比最高可增大25.6%。翼型壁面粗糙度突变可改善壁面流动分离情况。本文涉及的10种圆弧板翼型,其升力系数均在攻角为6°时达到最大,除相对弯度为0.15的两种翼型外,其余翼型的升阻比均在2°时达到最大值,相对弯度为0.15的两种翼型升阻比在攻角4°时达到最大值。圆弧板翼型对雷诺数的敏感性不明显,能在很宽的速度范围内表现良好的气动性能。
第三,计算并分析了圆弧板翼型的声压指向性特征及不同攻角和不同雷诺数下圆弧板翼型的远场声压分布特点和声传播规律。结果表明,圆弧板翼型涡流噪声能量主要集中在中低频段,翼型上下表面的声压值变化趋势基本一致,即噪声在两个方向的传播具有一定的对称性,翼型前缘和后缘附近的噪声能量较小。攻角的变化对低声频段的声压值影响较大。圆弧板翼型全频段声压随来流速度的增大而增大,且流速对频段在0 Hz~8000 Hz内的声压趋势影响较为明显。
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Degree: 硕士
Mentor: 刘艳华
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Year: 2018
Language: Other
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