设计的重要课题。运用数值计算软件，对翼型流动进行二维数值模拟，对不同冲角下的流动情况进行详细的研究，找出冲角与分离点位置的关系，对预测风机安全经济运行范围和风机的高效可靠运行具有重要的指导意义。国内外研究现状和趋势我国风机拥有量约万台以上，年耗电量约占全部发电量的左右，因此风机的节电有着十分重要的意义。年我国风机新增装机万，累计达到万，分别同比增长，预计年市场需求还将远远超出预期，国产设备的新装机容量年增长速度为。但中国仍有多种低效旧风机需要更新换代，新推广的风机也有待于进步完善。因此，中国应该不断提高风机产品质量稳定市场需求，还要积极引进先进技术，提高技术开发能力。但是，据统计，风机的电能利用率超过的仅占总数的，而电能利用率超过的只有，如果将风机运行效率提高，全国就可以节电亿千瓦时了。因此，如何能以科技为基础，发展优化风机，从而提高其性能，降低经济损失，并将其转化为效益成为个十分重要的课题。年，山西原平化学工业集团有限责任公司的刘天灵，咸高创就通过对风机的轴受力进行了数值计算分析，知道了该厂风机经常出现故障的原因。现代风机特点是转速高，压力大，叶轮流道窄，线速度高，叶轮所受传动扭的矩大，受力状态复杂且大，这要求叶轮制造有很高的精度，因此对叶轮叶片的研究和设计是风力发电技术研究和开发的重要任务。传统风机的叶片多采用固定的翼型，但由于应用环境和应用目的不同，风机翼型的叶片并不能高效地进行能量转换。发达国家从世纪年代中期开始研究风机新翼型，并发展了各自的翼型系列。我国对风机翼型的研究主要在于测绘和仿制上，并且仅限于进行些风机试验，由于商业因素和技术保密等原因，我们不容易得到国外风机专用翼型相关的气动实验数据。些设计和制机专利都是从国外引进的，严重制约了我国风机产业的发展。开发具有我国自主知识产权的风机翼型系列，研制我国新型高效的风机叶片，对促进我国风机事业的发展至关重要。西华大学能源与环境学院的黄华，张礼达基于翼型理论和线性动量理论对叶片翼型截面升力公式的计算，导出对非设计工况来流角计算的迭代式。应用牛顿拉普森迭代法对来流角进行计算，根据结果再计算叶片截面的升力推力切向力功率等气动参数，提出种风力机叶片翼型气动性能的计算和校核设计方法。传统风机设计是以实验为基础的设计，通过反复的设计计算和实验来确定最终设计改进方案，设计周期长，费用也较高，对经验的依赖性较强，而技术已经改变了工程设计方法，它是个用于分析流体现象和减少设计时间的有力工具。年西华大学风电技术研究所的毛金铎，张礼达应用流体力学软件对风力机叶片常用翼型进行数值分析，得出了其升力系数阻力系数升阻比以及翼型表面压力随来流攻角变化关系，并依据计算结果对翼型的气动性能进行分析。风机叶片翼型设计理论是决定风机功率特性和载荷特性的根本因素，直是各国学者研究的热点。现有翼型的表达都是通过离散的点来实现的，并不存在函数的具体表达形式。新翼型的设计也是基于原有的翼型坐标，对其进行局部的调整，以获得性能更为优越的翼型。利用有限元软件能很好地模拟离心风机流场，计算出风机的性能参数，可以节约成本，减短设计周期，并且能得到极具实际指导意义的结论。年辽宁工程技术大学机械工程学院李文华，范兴文采用商用软件对离心风机内部流场进行了三维数值模拟。计算中采用了标准ε湍流模型与非结构化网格。通过模拟发现了蜗舌对叶轮中流动的影响和部分空气在叶轮中的螺旋状流动，捕捉到了离心通风机内部许多重要的流动现象，同时对计算结果进行了分析，对该类风机的性能改进提供了定的依据。年重庆大学机械传动国家重点实验室的陈进，张晓，王旭东对翼型扰流流动建立了二维可压缩湍流模型，利用商业软件对翼型不同来流攻角下的气动特性进行了相应的数值模拟计算。湍流黏度采用基于的湍流模型处理，得出了雷诺数在时，翼型的升力系数阻力系数和压力分布随来流攻角的变化关系。数字仿真能比真实实验提供更多结果，而且可以用于核实和完善实验结论，可深化了解风机翼型的气动性能，对不同冲角下的流动情况进行详细的研究，找出冲角与分离点位置的关系，为风机叶片翼型选型和叶片翼型改型设计和研发工作提供技术参数和指导意见。研究方法及主要内容由于叶轮机械内部流场非常复杂，并带有强烈的非定常特征，进行细致的实验测量非常困难，目前尚没有完善的流体力学理论解释诸如流动分离失速和喘振等流动现象，这就迫切需要可靠详细的流动实验和数值模拟工作来了解机械内部流动本质。本文将利用软件对风机翼型叶片进行二维的数值模拟，研究空气以不同的方向流入翼型叶片入口所造成的流动分离。根据数值模拟的般步骤利用创建二维模型，进行网格划分，设定边界条件和区域，输出网格，再利用求解器求解，对不同空气来流攻角角下的流动进行二维数值模拟。在得到模拟结果后,对不同攻角下模拟所得到的速度矢量图进行比较分析，得出风机翼型边界层分离和攻角的关系。翼型基本知识几何参数翼型的气动性能直接与翼型外形有关。通常，翼型外形由下列几何参数决定翼弦气动弦几何弦图翼型的气动弦与几何弦翼型前缘点与尾缘点之间的连线称翼弦，翼弦的长度称作弦长，以表示，它是翼型的基准长度，也称为几何则设为。求解过程升力监视器设置打开对话框，在项选择，设置如图所示。其中项是由，项由确定。求解过程阻力监视器设置在项选择，设置如图所示。其中项是由，项由确定。图升力监测设置对话框图阻力监测设置对话框为迭代计算设置基本参考值在项选择，在项选择。保存文件文件名为。迭代求解计算先设置迭代次，计算开始。经过次迭代后，计算收敛，残差曲线升力曲线，阻力曲线如下残差监测曲线如图所示升力监测曲线如图所示阻力监测曲线如图所示。图迭代过程残差监测曲线图迭代过程升力监测曲线图迭代过程阻力监测曲线保存文件文件名为。至此，来流攻角为情况下数值模拟的过程结束了。可按照上述的步骤对其它攻角情况进行相同的模拟。模拟结果分析对攻角为时的模拟结果分析攻角为时模拟得到速度矢量图如图所示，压强分布云图如图所示对速度矢量图进行放大，得到翼型附近的流场局部放大图如图所示图攻角为时的速度矢量图图攻角为时的压力分布云图图攻角为时翼型附近的流场局部放大图由图，图和图可以看出，当风机翼型来流速度攻角较大的时候，会在翼型背面形成旋涡，破坏流场的线型，同时边界层分离，影响到风机翼型的气动性能。边界层分离出现的原因是，在分离点以后，壁面附近被黏性和逆压梯度滞止的流体质点逐渐增多，压强的进步升高使被滞止的质点发生回流，而排挤上游来流边界层使其与壁面分离。流场中速度等于零的流体质点成为顺流和回流的分界面，该分界面极不稳定，稍经扰动便破裂形成旋涡被主流带走。这样，分离点后的旋涡不断地产生，又不断地被主流带走，就在翼型的背面形成涡流区。对不同的攻角时的模拟结果分析攻角为图图图图图图时翼型附近的速度矢量图，如下图攻角为时翼型附近的速度矢量图图攻角为时翼型附近的速度矢量图图攻角为时翼型附近的速度矢量图图攻角为时翼型附近的速度矢量图图攻角为时翼型附近的速度矢量图图攻角为时翼型附近的速度矢量图比较图到图，可以看出，当来流攻角越大时，流场中形成的旋涡越大，风机翼型的边界层分离现象越明显，即是流场的线型受到的破坏越大。而当来流攻角很小的时候，风机翼型就没有出现边界层分离现象，则风机翼型的气动性能较好。在很小角度攻角来流冲击的时候，翼型附近的流场都是顺压梯度区，壁面附近被黏性和逆压梯度滞止的流体质点逐渐增多，压强的进步升高使被滞止的质点发生回流，在翼型的背面形成涡流区。另外，逆压梯度区足够长的话，逆压差和层外势流的减速使得边界层中流动减速，而近壁出流动的动能也愈来愈小，故在黏性和逆压梯度的双重作用下，流体质点会在壁面处被停滞，因此，可以说攻角的角度越大，逆压梯度越大，边界层分离现象越容易出现，现象越明显。对相同大小的正负攻角的模拟结果进行分析为了对大小相同，正负相反的攻角下模拟得到的速度矢量图作对比较分析，继续做了攻角为到情况下的数值模拟正常的运行工况下是不会出现这么大的正角度攻角的，这里只是为了得到更为明显的模拟结果来进行比较而做的附加数值模拟攻角为图图图图图图时翼型附近的速度矢量图，如下图攻角为时翼型附近的速度矢量图图攻角为时翼型附近的速度矢量图图攻角为时翼型附近的速度矢量图图攻角为时翼型附近的速度矢量图图攻角为时翼型附近的速度矢量图图攻角为时翼型附近的速度矢量图对图和图，图和图，图和图，图和图，图和图，图和图做分组比较分析，得出当来流攻角的大小样时，风机翼型在来流攻角为正时出现的旋涡更大，即风机翼型在受到正攻角的来流冲击时，风机翼型非工作面更容易出现旋涡，更容易出现边界层分离现象。因为在型风机翼型的上翼面的压强梯度点后的逆压梯度区内的翼型壁面变化更快，边界层外势流通道更宽，则流速下降得更快，边界层外缘处的流速减少得更快，压力增加得更快，即逆压梯度更大，所以，攻角大小相同的话，正角度时风机翼型非工作面更容易出现旋涡，边界层分离现象更明显。结论本文用软件对风机翼型受到速度大小为的空气来流在到攻角下为方便比较而增加了到攻角下的数值模拟冲击的情况进行了二维数值模拟，通过对模拟的结果进行分析，得出下面的结论风机翼型在受到较大攻角的来流冲击时，就会使流场出现旋涡，边界层分离，而且攻角越大，现象越明显，即风机气动性能受到的影响越大当攻角大小样时，攻角为正时风机翼型流场里出现的旋涡更大，边界层分离现象更明显。由于所做的只是二维的数值模拟，与三维的现实现象有出入，所以模拟的结果可能会有偏差，另外本人所学知识的有限，所做的分析还不够全面，不够详尽，存在很多不足，希望能在以后的学习工作中能够对其进步改善。参考文献安连锁泵与风机北京中国电力出版社,袁春杭锅炉引风机事故的预防中国锅炉压力容器安全蔡兆林,吴克启,颖达离心风机损失的计算工程热物理学报王松岭流体力学北京中国电力出版社田小冬,刘福君锅炉送风机失速故障例热力发电,巫发明,杨从新,张玉良,赵伟国风力机翼型摩擦阻力数值计算中不同湍流模型的比较研究流体机械风机制造业可看好至年通用机械任仁良风机效率测试仪的研制仪器仪表学报刘天灵,咸高创煤气风机的故障分析及改进措施,