改进的直叶片垂直轴风机气动特性及参数影响

刘利琴，吕鑫鑫，安 笛，郭 颖，陈迪郁

(1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300072； 2. 天津航海仪器研究所，天津300131)

0 引 言

直叶片风机凭借其空气动力学性能良好、安装与维护成本低、造价低等优点得到了广泛应用。但是在其运行过程中也存在转矩周期波动性大、功率输出不稳定等问题。因此，研究和讨论直叶片风机的气动特性具有重要意义。

直叶片风机的气动特性受多因素影响，如叶尖速比、弦长、桨距角、高径比等，国内外众多学者对此做出了研究。ROH等[1]利用多流管理论模型计算分析翼型参数、雷诺数和弦长对直叶片风机气动特性的影响。张立勋等[2]研究叶片数量、风轮半径和弦长对直叶片风机功率系数的影响。杨从新等[3]基于双向多流管理论研究叶尖速比和实度对直叶片风机功率的影响。BRUSCA等[4]研究高径比对风机输出功率的影响。ZHANG等[5]利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)模型分析直叶片风机在不同桨距角下的气动特性。

针对直叶片风机转矩波动性过大等问题，KAMOJI等[6]将直叶片风机改进成为螺旋型风机。LI等[7]的研究表明螺旋型风机的输出功率通常低于直叶片风机。谢典等[8]使用Fluent软件对螺旋型风机进行数值模拟，发现与直叶片风机相比，螺旋型风机的转矩波动幅度大幅减小，并且功率系数也有所提高。ALAIMO等[9]指出相比于直叶片风机，螺旋扭曲角为60°的螺旋型风机在低叶尖速比下的功率系数提高了大约8%～12%。张珊珊[10]通过合理的螺旋扭曲变异设计降低叶片转矩系数的波动性，提高风机的输出功率，改善风轮的动转矩输出性能。……