轴流风机设计开题报告..docVIP

攻读硕士学位研究生论文计划 2013年 4 月 20日制订 论文题目：轴流风机设计要素对性能影响的数值研究 论文开题报告会时间：2013年4月20日 开题报告：（论文选题目的、意义、国内外研究现状、研究内容、课题可行性等） 一、选题背景、目的和意义 我国能源相对短缺，但各主要部门的能源利用率却很低。如：我国工业锅炉的能源效率仅为国外发达国家的80%，钢铁和冶金的能耗是国外发达国家的2倍，鼓风机及水泵效率也仅为国际水平的85%，国产电动机在产生相同能量的情况下，其电力能耗比国外水平高5%—10%。据调查发现，鼓风机和泵的能源消耗比例占煤炭消耗量的30%[1]。目前我国风机及水泵装机总功率达到1.1亿千瓦，年耗电量约为全国电力消费总量的30%。我国各类风机使用量约2100万台，耗电量约占国内总用电量12%。 虽然风机存在能耗大的缺陷，但是伴随国民经济的发展，风机的应用日趋广泛，除了传统的冶金、矿山、纺织和电力等行业外，其还应用于经济建设的一些新领域，如高层民用建筑、地铁、隧道等等[2]。社会的进步带动了各行各业的发展，随之人们对能源的需求不断增加。由于离心风机具有结构简单，运行可靠，效率较高和噪声较低等优点，这样离心风机在有些机组中仍然被用作大负荷锅炉的送引风机。如：前苏联斯拉维扬斯克电厂800MW的锅炉用离心式送引风机各6台。为了让送引风机适应大容量锅炉的需求，厂家通常增加离心风机的运转台数、增加风机叶轮尺寸。虽然在变工况运转时，通过增加离心风机的台数可以提高效率和降低成本，但是由于其具有投资大及占地多等缺点，而且风机叶轮尺寸还受到材料强度的制约，因此离心风机的使用受到了一定的限制。据实际调查，离心风机的容量已经达到了极限。现在不少国家为了满足大容量锅炉的需求，大量采用动叶可调的轴流风机作锅炉的送引风机。因为轴流风机的比转速较高，这样它具有流量大、全压低的特点[3]。可以发现，轴流风机取代离心风机去用作大容量的送引风机是明智的。 轴流风机的“工程设计方法”即传统设计方法是基于二维理想流动理论，并伴有许多经验公式和系数，来考虑粘性的影响，如翼型升力和阻力系数，落后角公式等，叶片和整机的三维影响无法考虑。轴流通风机的传统设计方法简单，应用方便，设计周期短，至今仍然是风机行业的主流设计方法。但是由于该方法完全忽略了流动的三维效应和粘性，未考虑部件间的相互影响，忽略了静动件间隙中存在的二次流等严重影响风机性能的因素，所以仅用工程设计方法很难给出真正高效的设计，而且常常通过设计-实验-再设计多次循环，耗去很多人力财力。近20多年来有二个重要变化：一是出现了风机现代设计方法，它引用了CFD（计算流体力学）技术，可以考虑三维和粘性影响。“现代设计方法”是利用工程设计方法先设计出一个原始的方案，然后再利用CFD计算来仔细分析风机内部流场的压力、速度分布及其总体性能等，对原始设计方案不断优化，使在设计阶段就能预估风机性能。现代设计方法的重点和难点是如何使其对风机性能的数值预估与实物吻合[4]。实际上现代设计方法是CFD计算与工程经验设计的有机结合，即通过工程设计给出模型，利用数值计算校验设计效果，提供进一步优化设计的改进方向，这个变化现在已有很多研究，也得到很好的应用；二是工程设计本身也出现了很多新的思想，如可控涡设计（即流型设计采用不同的可控涡指数）和叶片非径向成型技术（即采用不同的前掠和前倾角），运用这些新思想以及应用CFD考虑了三维、粘性及与轴流风机性能有关的参数要素，如轮毂比，叶片数，型线的弦长和圆弧半径比，安装角等，不过没有对以上进行深刻地研究，特别是结合现代设计方法研究更少。本课题结合新T-35和T-40轴流风机开发项目来研究这些设计参数对风机性能影响是对气动设计有很好的学术意义也有很好的工程应用价值。 二、国内外研究现状 1.国外对轴流风机的优化研究 Francois[7]等讨论了进口无导叶轴流风机的气动设计，指出不同的涡指数具有不同的气动设计，合适的可控涡设计要比自由涡设计复杂的多。并且还指出轮毂比对叶轮性能有重要的影响，较小的轮毂比有较大的静压效率但有较小的风机静压，为了提高静压，需要有较高的轮毂扭曲，这样会导致损失增大。 J Vad[8]分析了轴流风机和无导叶压缩机转子中的叶片非径向堆积技术即叶片的前倾和前掠对风机的气动性能影响。该作者认为叶片前掠和前倾对低速轴流风机和压缩机转子部分工况具有下列优点：改善效率和性能及扩展了非时速工况范围，而且还认为CFD是预估非径向叶片堆积的气动力影响以及将前掠和前倾并入叶片设计技术的必要工具。 J Vad，A R A Kwedikha[][10]等对比了可控涡设计和自由涡设计指出：前者叶片吸力边边界层内的流体增大了径向向外迁移的趋势，这样也就增大了叶顶