基于控制速度分布的离心鼓风机三维叶片优化设计方法研究*

潘爱强 鲍 明 易喆鑫 王灿星/浙江大学流体工程研究所



基于控制速度分布的离心鼓风机三维叶片优化设计方法研究*

潘爱强 鲍 明 易喆鑫 王灿星/浙江大学流体工程研究所

Abstract

本文对离心鼓风机三维叶片优化设计进行了研究，采用控制叶轮流道内的相对速度分布的三维叶片优化设计方法，通过控制流道内沿流线方向的相对速度分布，控制叶轮流道内的边界层增长与分离、二次流、分层效应等流动效应。在优化判据方面采用考虑旋转和曲率效应的边界层计算方法，根据不同的相对速度分布计算边界层发展状况作为优化判据。基于MATLAB编写了优化设计程序设计出一种离心鼓风机的三维优化叶片，通过CFD数值模拟分析和对比证明该优化方法实现了优化设计的目的。

离心鼓风机；三维叶片；优化设计；速度控制；流动特征

0 引言

离心叶轮是能量转换的主要部件，也是能量损失的主要部件，设计高效的叶轮是提升整机性能的主要路径［1-2］。从最早期的一维发展到二维，到现在的准三维、三维设计，大量采用了工程经验，这使得叶轮的设计很难取得重大突破，因此有必要从造成叶轮内流动损失的根源出发，通过控制造成流动损失的流动效应，从本质上对叶轮型线进行优化。

早期的叶轮三维优化设计主要是基于势流理论，典型的反问题设计方法有保角变换法［3］，势、流函数法［4-5］，吴仲华教授提出的两类相对流面理论通过流面约束将复杂的无粘流体三维问题转化成二维问题，在此基础之上提出的流线曲率法将二维偏微分方程进一步简化成一维常微分方程。……