提高葉片局部粗糙度對風機效率影響的實驗研究

時間：2020-01-05

工程熱物理學報提高葉片局部粗糙度對風機效率影響的實驗研究霍福鵬孟繁娟鐘洪亮陳佐一蔣正苗楊乃鐸孫穩(wěn)立清華大學熱能工程系，北京北京風機二廠，北京摘要通過對三種風機在葉片上進行了加大局部粗糙度的實驗，研究了風機葉片上不同位置的粗糙度變化對風機效率的影響，發(fā)現(xiàn)風機葉片內(nèi)弧尾緣加大粗糙度時風機的效率會提高。

　　實驗得到了通過增加葉片局部粗糙度提高風機效率的粗糙帶寬度及其位置，并對不同的粗糙度對效率的影響進行了初步的探討。

　　本工作為風機節(jié)能開辟了一條新路。

　　關鍵詞風機葉片變粗糙度節(jié)能冬不目叮舀在傳統(tǒng)的理論及現(xiàn)行的葉片設計與加工中，為了保證較好的氣動性能，要求透平與壓氣機的葉片表面盡可能光潔。

　　而新的理論研究表明，在葉片局部加大粗糙度會使葉片的升阻比呈某一規(guī)律性變化，而在適當?shù)奈恢眉哟蟠植诙龋~片的升阻比會有所提高。

　　在相應的實驗中也發(fā)現(xiàn)，對孤立的葉片和平面葉柵中的葉片加大其內(nèi)弧尾緣的粗糙度，升阻比確有一定的提高。

　　但這種葉片的升阻比的提高在實際工作的葉輪機械中對效率的影響是如何體現(xiàn)的，同時不同位置的粗糙度變化對風機效率影響的規(guī)律，目前在**國內(nèi)均未見系統(tǒng)的實驗研究。

　　本文對加大葉片局部粗糙度引起的風機效率變化進行了研究，初步給出了在不同位置加大粗糙度對風機效率影響的曲線，并給出了在不改變?nèi)~型條件下僅通過增加葉片局部粗糙度能提高風機效率的具體位置，為在不改變?nèi)~型條件下提高壓氣機及透平的效率開辟了一條新路。

　　實驗方法實驗由北京風機二廠分別選取了三種型號的風機進行了對比實驗，在有計劃的加大風機葉片某些部位的粗糙度的情況下對比風機的效率，從而確定局部粗糙度變化對風機效率的影響。

　　加大葉片局部粗糙度的方法是在較光滑的風機葉片表面貼粗糙帶，本實驗采用的粗糙帶為普通砂紙。

　　在實驗中粗糙帶未發(fā)生翹起脫落等異常情況，砂紙的厚度與重量對風機的影響均可以忽略不計。

　　可以認為風機效率的變化僅與粗糙帶的位置與粗糙度的大小有關。

　　實驗的對比結(jié)果為風機的流量一效率變化曲線，對比兩種情況的效率。

　　實驗結(jié)果與討論對不同的風機，實驗發(fā)現(xiàn)一些共同的結(jié)果日期一修訂日期一基金項目國家自然科學基金重點資助項目霍福鵬一男(滿族)，遼寧鞍山人，博士研究生，主要從事氣動熱力學研究。

　　工程熱物理學報卷在風機葉片壓力面的不同位置粘貼相同寬度的粗糙帶，風機的效率隨粗糙帶的位置變化而變化，如圖所示。

　　(其中為粗糙帶的寬度，為粗糙帶的后沿到葉片出氣邊的距離)從實驗結(jié)果可以得出，在內(nèi)弧風機效率隨粗糙帶從尾緣向前緣移動而逐步降低，在背弧則是加粗糙帶效率均比不加粗糙帶低。

　　在內(nèi)弧尾緣粘貼不同寬度的粗糙帶，風機效率隨粗糙帶寬度變化而變化。

　　對軸流式風機和一離心式風機的實驗結(jié)果如圖所示。

　　在葉片壓力面尾沿貼適當寬度的粗糙帶后風機的效率確有提高，其效率的提高可達到以上。

　　對不同的葉型存在不同的粗糙帶寬度，此時達到高效率，若粗糙帶的寬度再提高，效率的增加將降低。

　　對兩種風機進行了寬度的實驗。

　　圖是軸流式風機在寬度條件下效率與流量的關系圖。

　　測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)寬度約為對一離心式風機的實驗結(jié)果和圖相對照可以發(fā)現(xiàn)風機的效率點對應的寬度大約哥校。石8刁卜不加刁卜二刁卜月卜哥叔刁卜不加一悶。

　　一二才悶卜流量丫流量丫圖內(nèi)弧不同位置增加粗糙度對比圖型軸流風機加不同寬度粗糙帶效率對比哥族刁卜不加月卜了一J卜一二一悶卜一二0八矛瓣校流量刁卜二刁卜不加流量丫圖一離心式風機加不同寬度粗糙帶對比圖型軸流風機寬度粗糙帶和不加粗糙帶對比同時，實驗還對粗糙帶粗糙度的大小變化對于風機效率的影響進行了初步研究。

　　粗糙度的變化主要是采用不同粗糙度的砂紙來保證。

　　圖是型軸流式風機的不同粗糙帶的效率對比圖。

　　由該圖可以得出粗糙度較大的情況下該風機的效率比較高。

　　通期霍福鵬等提高葉片局部粗糙度對風機效率影響的實驗研究過分析，粗糙度也應存在一個值，**過該值效率將下降。

　　實驗的結(jié)論風機效率隨粗糙帶在內(nèi)弧從尾緣向前緣移動而逐步降低，在背弧加粗糙帶效率降低。)在葉片內(nèi)弧尾緣貼適當寬度的粗糙帶后風機的效率提高，可以達到以上。

　　對不同的葉型有不同的寬度范圍。

　　每一個葉型存在其寬度，在該點風機的效率達到值。

　　哥校一刁卜一不加悶卜一~粗糙度大刊`一粗糙度小流量丫圖不同粗糙度情況對比)在一定的范圍內(nèi)提高粗糙度，風機效率增加。

　　實驗結(jié)論的應用前景利用在葉片局部增加粗糙度的方法來提高二維葉片和翼型的升阻比的理論研究，數(shù)值模擬及實驗研究均已證明，該方法是可行且有**的。

　　本實驗是在實際運行的風機上進行的，通過實際的測量也證明了在實際應用上該方案是可行的。

　　現(xiàn)有的結(jié)果可以應用于壓氣機和風機的節(jié)能，也可應用于風力透平的高效率發(fā)電。

　　參考文獻孟繁娟，吳永芬，陳佐一提高葉柵葉片升阻比的新舉措的實驗研究。

　　見中國工程熱物理學會熱機氣動熱力學學術會議論文集，洛陽，一鐘洪亮，孟繁娟，陳佐一風力透平葉片表面增加局部粗糙度對升阻比影響的數(shù)值分析。

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