第1章风洞轴流式风扇概述1

1.1风洞及其动力系统1

1.1.1风洞简介1

1.1.2风洞的组成及分类6

1.1.3风洞动力系统12

1.2轴流式风扇在风洞中的应用16

1.2.1工业风机的分类及其用途简介16

1.2.2风机基本结构和主要参数19

1.2.3轴流式风扇概述24

1.2.4轴流式风扇在风洞中的位置27

1.2.5风洞轴流式风扇的特点28

1.2.6风洞轴流式风扇系统组成29

1.2.7风洞轴流式风扇的几何特性35

1.2.8风洞轴流式风扇的主要性能参数38

1.2.9轴流式风扇的性能调节方式38

1.3轴流式风扇工程设计方法简介39

第2章轴流式风扇设计基本理论42

2.1流体力学基本理论42

2.1.1气体的物理属性42

2.1.2层流和湍流52

2.1.3边界层54

2.1.4流动损失55

2.1.5一维流动55

2.1.6连续方程57

2.1.7动量方程61

2.1.8气体等熵过程62

2.1.9气体动力学函数63

2.1.10流体的模型化63

2.2基元级63

2.2.1基元级及速度三角形63

2.2.2基元级内的气体流动65

2.2.3基元级增压原理及叶栅环量关系67

2.2.4基元级的反动度70

2.3叶栅及其流动特性72

2.3.1叶栅主要几何和气流参数73

2.3.2叶栅气动力基本方程式75

2.3.3叶栅中的流动损失76

2.3.4叶片径向流动特性及参数变化80

2.4叶型选择和性能分析83

2.4.1叶型几何和气流参数83

2.4.2压心、焦点及俯仰力矩84

2.4.3叶型的升力和阻力85

2.4.4叶剖面升力与气流偏转88

2.4.5叶剖面弯度与气流偏转的匹配89

2.4.6叶片干涉90

2.4.7叶片尾迹91

2.4.8雷诺数对叶型数据的影响93

2.5风扇设计的主要影响因素95

2.6风扇运行功率预估97

2.6.1风洞回路损失计算97

2.6.2能量比和风扇运行功率103

2.7风洞轴流式风扇设计流程104

第3章轴流式风扇气动设计106

3.1总体参数确定106

3.1.1风扇直径106

3.1.2桨毂比107

3.1.3风扇转速108

3.2转子叶片设计方法-自由涡109

3.2.1设计假设109

3.2.2桨叶上下游的压力关系110

3.2.3风扇前后的能量关系111

3.2.4桨叶当地的速度大小及方向113

3.2.5叶剖面的轴向力与切向力114

3.3转子叶片设计——任意涡设计方法115

3.3.1设计假设115

3.3.2桨叶上下游的压力关系115

3.3.3旋转系数与入口速度117

3.3.4桨叶轴向速度分布118

3.3.5止旋片轴向速度分布119

3.4导叶设计119

3.4.1预旋片设计119

3.4.2止旋片设计122

3.5其他部件设计124

3.5.1外壳体设计124

3.5.2整流罩头罩设计124

3.5.3整流罩尾罩设计124

3.5.4整流罩和扩压段126

3.5.5支撑片设计127

3.6风扇段压力损失及效率计算127

3.6.1桨叶效率127

3.6.2导叶损失130

3.6.3下游损失131

3.6.4风扇系统总效率133

3.7风扇气动载荷133

3.7.1轴向力133

3.7.2扭矩135

3.7.3切向力135

3.7.4头罩及尾罩受力135

3.8风扇气动设计流程136

3.8.1风洞轴流式风扇设计要求136

3.8.2风洞轴流式风扇设计流程136

第4章风扇气动性能分析及优化139

4.1相似理论在轴流式风扇设计中的应用139

4.1.1相似定理139

4.1.2相似参数140

4.1.3性能相似换算143

4.1.4模化设计方法144

4.2风扇转子和定子性能分析144

4.2.1平均速度和压力145

4.2.2变转速性能分析146

4.2.3变桨距性能分析147

4.2.4失速及喘振性能分析148

4.2.5转子叶剖面分析150

4.2.6转子损失分析152

4.2.7叶片间的干涉153

4.2.8预旋片分析155

4.2.9止旋片分析156

4.2.10雷诺数对风扇性能影响156

4.2.11真实气体效应对风扇性能影响157

4.3设计优化159

4.3.1风扇部件损失159

4.3.2风扇效率160

4.3.3无量纲压升162

4.3.4设计优化163

第5章风扇噪声分析及控制技术168

5.1轴流风扇噪声的基本概念168

5.1.1一般声源的数学表达式169

5.1.2空气动力性噪声的形成及声源类型170

5.1.3轴流风扇噪声173

5.2轴流风扇噪声的评价与标准174

5.3轴流风扇噪声的估算175

5.3.1估算方法一175

5.3.2估算方法二176

5.3.3评估方法三183

5.4风扇气动噪声主动降噪方法183

5.4.1风扇形式及管路设计183

5.4.2通道几何参数设计184

5.4.3动静叶数目对噪声的影响187

5.4.4动、静叶间距对噪声的影响190

5.4.5不相等叶片间距对噪声的影响191

5.4.6叶片穿孔对噪声的影响192

5.5吸声降噪设计198

5.5.1吸声的主要物理量198

5.5.2吸声材料200

5.5.3吸声结构205

5.5.4风扇降噪设计212

5.6风扇噪声测量213

5.6.1声学测量系统的组成213

5.6.2常用测量仪器217

5.6.3风扇进出口噪声的测量219

第6章风扇内流场数值模拟220

6.1数值方法220

6.1.1控制方程220

6.1.2求解方法222

6.1.3计算域与网格生成222

6.1.4计算参数及边界条件223

6.2风扇性能预测225

6.2.1风扇内的流动模拟226

6.2.2风扇内部的流场分析229

6.2.3动、静叶片间距对风扇性能的影响230

6.2.4静叶片后掠对风扇性能的影响231

6.2.5静叶片倾斜对风扇性能的影响231

6.3风扇气流噪声的数值模拟232

6.3.1气动噪声模拟方法233

6.3.2动、静叶片间距的影响233

6.3.3静叶片后掠的影响234

6.3.4静叶片倾斜的影响235

第7章风扇性能试验及测试236

7.1力学性能试验236

7.1.1转子机械运转检查236

7.1.2机械不平衡试验237

7.2性能试验测试方法及测量装置239

7.2.1温度测试239

7.2.2压力测试240

7.2.3流量测试242

7.2.4气流噪声243

7.2.5转速测试244

7.2.6功率测试245

7.3主要气动测试数据处理方法246

7.3.1风扇效率246

7.3.2噪声数据249

第8章轴流风扇设计实例251

8.1设计实例一251

8.1.1设计要求251

8.1.2设计主要过程和结果251

8.1.3性能测试结果254

8.2设计实例二256

8.2.1设计要求256

8.2.2设计主要过程256

8.2.3性能测试结果260

第9章轴流式风扇设计新技术262

9.1不等距叶片设计技术262

9.2叶片弯掠技术264

9.3叶片反设计方法267

9.4自动优化设计方法268

9.4.1叶片参数化268

9.4.2数值最优化方法269

第10章风扇叶片设计叶型数据271

10.1转子叶片常用叶型气动性能271

10.1.1RAF叶型271

10.1.2CLARK-Y叶型273

10.1.3Gottingen叶型276

10.1.4LS叶型276

10.1.5双凸叶型278

10.2定子叶片常用叶型285

10.2.1C4叶型285

10.2.2圆弧弯板287

参考文献289