改進的直葉片垂直軸風機氣動特性及參數影響

劉利琴，呂鑫鑫，安 笛，郭 穎，陳迪郁

(1. 天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津300072； 2. 天津航海儀器研究所，天津300131)

0 引 言

直葉片風機憑借其空氣動力學性能良好、安裝與維護成本低、造價低等優點得到了廣泛應用。但是在其運行過程中也存在轉矩周期波動性大、功率輸出不穩定等問題。因此，研究和討論直葉片風機的氣動特性具有重要意義。

直葉片風機的氣動特性受多因素影響，如葉尖速比、弦長、槳距角、高徑比等，國內外眾多學者對此做出了研究。ROH等[1]利用多流管理論模型計算分析翼型參數、雷諾數和弦長對直葉片風機氣動特性的影響。張立勛等[2]研究葉片數量、風輪半徑和弦長對直葉片風機功率系數的影響。楊從新等[3]基于雙向多流管理論研究葉尖速比和實度對直葉片風機功率的影響。BRUSCA等[4]研究高徑比對風機輸出功率的影響。ZHANG等[5]利用計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)模型分析直葉片風機在不同槳距角下的氣動特性。

針對直葉片風機轉矩波動性過大等問題，KAMOJI等[6]將直葉片風機改進成為螺旋型風機。LI等[7]的研究表明螺旋型風機的輸出功率通常低于直葉片風機。謝典等[8]使用Fluent軟件對螺旋型風機進行數值模擬，發現與直葉片風機相比，螺旋型風機的轉矩波動幅度大幅減小，并且功率系數也有所提高。ALAIMO等[9]指出相比于直葉片風機，螺旋扭曲角為60°的螺旋型風機在低葉尖速比下的功率系數提高了大約8%～12%。張珊珊[10]通過合理的螺旋扭曲變異設計降低葉片轉矩系數的波動性，提高風機的輸出功率，改善風輪的動轉矩輸出性能。……