201所轴流风机设计报告xWord文件下载.docx
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3.2调整静叶曲面 29
3.3复制首级叶轮为末级叶轮 30
四、全三元CFD流场分析 32
4.1多流管计算 32
4.2PBCFD性能预测 33
4.3流场分析 36
五、结论 38
一、前言
针对201所提供的设计参数，完成了一维方案设计、三维详细造型和一键式流场分析。
通过修正一维损失模型、多流管计算和全三元CFD计算，为轴流风机设计提供技术支持。
二、一维设计分析与性能预测
2.1根据设计向导完成设置
1.运行Fanpal_V8.2.14.0，并单击File->
New进入设计向导。
2.轴流式叶轮设计需选择单区模型。
010-84924950 FAX:
3.单级设计外径不能满足用户限制要求，所以采用多级设计模式。
为便于损失模型调节及设计经验积累，本例采用初级设计模式。
4.选择与工程经验最符合的单位制。
14
5.设计模式的使用应首先从已知流量、扬程和转速的设计案例开始。
之后再扩展到很据损失模型优化运行参数或预测性能曲线。
6.介质为干空气，可将湿度设为0。
7.7.设置静压升。
8.设置级数为两级。
9.9.根据经验确定首级静压升，本例设为整级静压升的一半，即两级采用相同的叶轮。
10.选择风扇类型，本例采用带外圈轴流风扇。
11.根据经验确定进口轮毂比。
12.根据经验确定流量系数。
13.设置进口冲角。
本例选择根据软件自带损失模型确定进口冲角。
14.根据经验确定叶片数，本例为10片。
15.选择出口环量分布型式。
本例选择自由涡分布。
16.因为后接末级叶轮，所以采用翼型扩压器。
17.根据经验确定扩压器尺寸。
本例扩压器内径外径均与首级叶轮相同，且叶片数选择11片。
翼型扩压器与首末两级叶轮间的轴向距离均取10mm。
18.首级叶轮设置完成。
19.开始末级叶轮设置。
因本例首末两级采用相同叶轮，故末级叶轮设置与首级叶轮完全相同。
20.末级叶轮后为大气，所以选择不带扩压器。
21.以设计模式保存文件。
22.Components->
inpellerexit或者单击轴面投影图首末两级叶轮出口边附近，确认首末两级叶轮总静压升均设置为1400帕。
23.Components->
collector隐藏首末两级集气室。
24.Solver->
run计算成功后保存文件。
2.2根据限制条件调节设置
1.另存文件。
2.Windows->
Outputtextview查看文本形式计算结果，并且拖动滑竿查看叶轮进口计算结果，最后在文本窗口右键->
Setscrollposition固定显示位置。
3.Components->
ImpellerInlet在properties栏修改首末两级叶轮流量系数，使其外径满足限制要求。
4.Components->
diffuser->
cascade根据限制要求和设计经验确定首级叶轮后翼型扩压器轴向长度，本例取35mm。
最后保存文件。
5.File->
saveasanalysis另存为分析模式文件。
6.Components->
Impellerexit在geometry栏根据限制条件和设计经验修改首末两级叶轮轴向长度，本例叶根处取50mm，叶中取40mm，叶尖取35mm。
7.File->
saveas另存文件。
32
8.File->
9.Setup->
layout添加前导叶。
10.components->
IGV/inletconditions完成前导叶设计。
2.3一维分析模式下预测性能曲线
1.Files->
Saveasanalysis将一维文件另存为分析模式。
2.Components->
Impellerexit在Geometry栏修正两级叶轮出口安放角、弦长和最大厚度弦长比，使其与最终设计叶片一致。
注意该值并不准确，也只是表明一个大致范围。
3.Setup->
General设置多点分析。
4.Solve->
multiplepointanalysis设置转速线和流量点。
5.Solve->
run运行多点分析后，window->
mapview创建性能曲线，并在其窗口右键->
properties选择显示变量。
本例查看体积流量下的静压升、总压升、功率和总总效率曲线。
6.在任一曲线窗口右键->
savemapfile分别保存第一级和第二级预测数据。
2.4根据测试数据修正损失模型
Saveas另存文件。
2.分别打开每级预测数据map文件，并将静压升、总压升、功率和总总效率替换为测试数据。
因本例无测试数据，故用PBCFD数据代替。
因每级参数很难测量。
故本例假设两级叶轮各项性能指标均相同。
3.在任意曲线窗口右键->
overlays对比显示根据测试数据绘制的首级性能曲线。
impellerexit在properties栏调节损失模型相关参数，使分析模式文件计算出的首级性能曲线与根据测试数据绘制的性能曲线尽可能一致。
本例只调整了设计点静压升和总压升。
5.采用与首级叶轮相同的方法可调节末级叶轮损失模型有关参数，使分析模式文件计算出的末级性能曲线与根据测试数据绘制的性能曲线尽可能一致。
本例只调整了设计点总压升。
6.记录各损失模型参数取值，以供下次使用设计模式和分析模式参考。
三、三维几何详细设计与优化功能
3.1调整首级叶轮曲面
1.Fanpal中Agile->
StartAxCent生成三维文件。
2.AxCent中保存文件并注意存放位置。
3.AxCent中在轴面投影图中单击选中首级叶轮后Geometry->
bladeangles->
bladegenerationoption将叶片造型方式改为采用贝塞尔曲线的翼型控制曲面。
4.AxCent中Geometry->
midspangeometrydefn->
stackingandgeometryoption
将叶片积叠方式改为中心积叠。
5.AxCent中window->
newwindow新建窗口后Geometry->
bladesection->
sectionparameter打开翼型参数控制窗口。
6.翼型参数过滤器选择gradualchange–allparameters，showmeasured选择
no，最后单击apply。
7.View->
choosedata勾选修改积叠线。
8.Edit->
editcontrolpoint增加积叠线控制点并参考轴面投影图确定其径向位置。
9.拖动轴向弦长控制点（绿色三角形）和积叠线控制点（黑色菱形），使各翼型端点与轴面投影图中进出口边尽可能一致。
10.AxCent中window->
editbladesection查看平面翼型。
11.根据设计经验并参考叶片三维形状和各翼型平面形状完成首级叶轮各截面翼型参数设置。
3.2调整静叶曲面
2.Setup->
setupsegments增加出口流体域并调节进口流体域轮毂处型线。
3.修改翼型扩压器轮毂处型线控制点坐标，使其轴向长度符合设计经验。
本例取25mm。
4.采用与叶轮设计相同的方法调整翼型扩压器曲面，并将其叶片数由11片增加为30片。
3.3复制首级叶轮为末级叶轮
setupsegments删除末级叶轮及出口流体域。
import/copysegment复制首级叶轮为末级叶轮。
4.复制叶轮直接与翼型扩压器后的无叶扩压器相接，并且修改无叶扩压器出口控制点坐标，使其与复制叶轮进口控制点坐标相同。
5.Setup->
setupsegments增加出口流体域。
四、全三元CFD流场分析
4.1多流管计算
1.Flow->
runMSTsolver首先确定多流管起止计算域分别为叶轮进口流体域和出口流体域，然后单击MSTparameters增加迭代步数，最后运行多流管计算。
2.Flow->
MSTspecificresults->
streamlines查看流线分布。
需要注意的是，多流管计算结果与计算设置有关，而计算设置是否合理需要工程经验判断。
本例做多流管计算的目的主要在于为PBCFD网格划分和CFD计算提供相对合理的初场。
4.2PBCFD性能预测
1.CFD->
grid将网格划分起止计算域分别设置为叶轮进口流体域和出口流体域，然后将网格类型设为OH型，最后在弹出的提示窗口单击“是”根据默认设置划分网格。
2.在grid栏右下方单击“确定”后，首先CFD->
viewcfdgrid划分网格，然后CFD->
CFDviewoptions，查看网格质量，本例只关注最大尖角、最高长宽比和最小体积。
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3.CFD->
boundaryconditions可看到多流管计算已经为pbcfd计算赋予初值。
4.CFD->
startCFD设置迭代步数和多核计算并取消多机组并行计算后，再设置多转速多流量点计算，即可开始初始设计方案pbcfd快速性能预测。
5.计算完成后CFD->
CFDruns单击parameters增加查询变量及其位置。
本例主要关注进口静压、出口静压和效率、功率。
6.CFD->
CFDruns在Map_1栏（默认的性能曲线名称）可查看计算结果。
根据上图可知，设计转速设计流量点下静压升为3468帕，总压升4002帕，功率为19.2Kw，总总效率为76.2%。
因计算压头一般比测试值高，故该值与测试结果很难一致，但至少说明该设计方案测试静压升应能达到设计值，即2800帕。
4.4流场分析
1.CFD->
CFDruns选中设计转速设计流量点算例并激活。
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2.CFD->
CFDviewoptions。
3.调整截面方向（展向、周向、流向）及位置。
4.选择流动参数。
对于离心风机叶轮，主要查看绝对/相对流动角、绝对/相对马赫数、总压/静压等。
本例查看了速度矢量分布和绝对马赫数分布。
5.本例叶轮在设计转速和设计流量点运行时，整个流场内绝对马赫数都在0.4
以下，但是分布不够均匀，这也可能成为该设计方案效率不够高的其中一个原因。
6.本例叶轮在设计转速和设计流量点运行时，流场分布均匀，除首级叶轮压力面靠近出口边处流动略带分离，且次级叶轮略带正冲角外，其他区域没有发生明显流动分离，但是该方案效率不高，可能也与次级叶轮出口不接静叶有关。
五、结论
针对设计参数，采用ConceptsNREC敏捷工程设计系统软件，完成了两级轴流风机一维设计、三维详细造型和一键式流场分析。
综合考虑各阶段设
计结果，可知设计方案不但静压升满足设计要求，机组尺寸也符合尺寸限制，最终满足设计要求。
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