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1、分类号:学校代码: UDC:学 号: 硕士学位论文（类 别：全日制硕士研究生题 目：轴流风机设计要素对性能影响的数值研究英文题目：The Numerical Research on Performance Effect for Design Elements of Axial Flow Fans学科名称：热能与动力工程 二一四年四月原创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 内蒙古工业大学及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的
2、任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日期： 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古工业大学有权将学位论文的全部或部分内容保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。为保护学校和导师的知识产权，作者毕业后涉及该学位论文的主要内容或研究成果用于发表学术论文须征得内蒙古工业大学就读期间导师的同意，并且版权单位必须署名为内蒙古工业大学方可投稿或公开发表。本学位论文属于 保密，在 年解密后适用本授权书。不保密
3、。 （请在以上方框内打“”）学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日期： 摘 要轴流风机在工业和生活中的应用极为广泛，同时也消耗大量能源。随着我国面临越来越大的环境治理和节能减排压力，研制开发和使用高效风机产品将是通风机行业重点关注的领域。T35型轴流通风机是我国使用了多年的通风换气产品，其应用范围也很广，但现有的T35风机效率还偏低。基于目前T35轴流风机效率偏低的现状，本文利用工程设计经验和现代设计方法研发了新T35轴流风机，并且研究了几个重要设计要素对其性能的影响。本文首先介绍了轴流通风机气动设计的工程方法特别是叶片设计，然后叙述了其进行风机气动性能模拟的整机三维流场数值模拟方法
4、，包括数值建模、网格划分、边界条件设置、收敛判据等，并进一步探讨了轴流风机在不同数值建模、不同风机出口静压后处理以及不同边界条件设置下的性能计算结果的差异。通过采用合适的建模方式和数值模拟后处理使得数值模拟结果可以与实测结果进行比较。通过网格试验得到了该风机的整机数值模拟网格，为后续讨论T35轴流风机的设计要素对其性能的影响奠定了基础。其次，本文在已有T35轴流风机的基础上得到了新T35轴流风机的设计雏形，同时对已有气动设计程序中的输入输出格式和部分经验参数设置进行了改进。改进后的程序不仅具有了高效灵活的特点，而且其可以很好的与后续的数值模拟进行衔接。在此基础上本文通过对新T35轴流风机的三维
5、数值模拟，研究了该风机的轮毂比、流型系数、叶片前倾和叶片前掠等设计要素对其性能的影响。最后通过上述研究得出结论为：随着轮毂比的增大风机全压会先略增大而后减小，随着轮毂比的增加风机效率大体上会逐渐减小。风机全压会随着流型系数的增大先增大后减小而后再增大，风机效率会随着流行系数的增大先增大而后减小。随着叶片前倾角的增大，风机全压和风机效率均会减小。风机全压会随着叶片前掠角的增大先微减小后增大而后减小，风机效率会随着叶片前掠角的增大而波动性递增。本文对以上的设计要素分析表明，T35轴流风机最佳的设计是轮毂比为0.35，流型系数为0.1，不适宜采用前倾，应该采用的是前掠。该设计方案下T35轴流风机的性
6、能比旧T35轴流风机的性能要好，其风机全压增加了36.3 Pa，风机的效率提高了5.3%。关键词: 轴流风机；设计要素；数值模拟；性能影响AbstractAxial flow fans have extensive application in industry and life, they also consume abundant energy. As our country is under increasing pressure of environmental governance, energy conservation and emission reduction, fan in
7、dustry focus on the fields which are researching, developing and using high-efficiency fan products. The T35 axial flow fan is a kind of ventilation product used for many years in our country, its application range also is very wide, but the existing T35 fan efficiency is still not high. Based on th
8、e current situation of inefficient T35 axial flow fan, this article developed the new T35 axial flow fan by using engineering design experience and modern design methods and studied the performance effect of several important design elements for it. Firstly，this article introduced engineering method
9、 of axial flow fan pneumatic design especially including vane design, then described the whole machine three-dimensional flow field numerical simulation method in conducting fan aerodynamic performance simulation, including numerical modeling, meshing, boundary conditions, convergence criterion and
10、so on, and further discussed the performance calculation results difference of the fan under different numerical modeling, different fan outlet static pressure post-processing and different boundary condition settings. The numerical simulation results can be compared with the measured results by ado
11、pting the appropriate modeling and numerical simulation post-processing. The whole machine numerical simulation grids of the fan is obtained by grid tests, so it is of important foundation for subsequent discussing performance effect of the T35 axial fans design elements. Secondly, the article got a
12、 new T35 axial flow fan design prototype on the basis of the existing T35 axial flow fan, meanwhile improved input format, output format and partialexperience parameter settings for the existing pneumatic design procedure. The improved procedure not only has the characteristics of high-efficiency an
13、d flexibility, and it can primely linkup subsequent numericalsimulation. On the basis through conducting three-dimensional numerical simulation of the new T35 axial flow fan, this article studied fan performance effect because of the fans design elements such as hub ratio, flow coefficient, forward
14、lean, forward swept and so on.Finally, through the above research, the conclusions are: Firstly, fan pressure increases slightly at first and then decreases with the increase of hub ratio, fan efficiency gradually decreases by and large with the increase of hub ratio. Secondly, fan pressure increase
15、s at first and then decreases and increases at last with the increase of flow coefficient, fan efficiency increases at first and then decreases with the increase of flow coefficient. Thirdly, fan pressure and fan efficiency decreases with the increase of forward lean angle. Finally, fan pressure dec
16、reases slightly at first and then increases and decreases at last with the increase of forward swept angle, fan efficiency volatility decreases with the increase of forward swept angle. Through the analysis of the above design factors, the conclusions are: the T35 axial flow fans best design is that
17、 hub ration should be 0.35, flow coefficient should be 0.1, forward Lean blade is not suitable for it, forward swept blade is suitable for it. The performance of the T35 axial flow fan in the design scheme is better than the old T35 axial flow fan, the results show thattotal pressure is increased by
18、 36.3Pa and total pressure efficiency is increased by 5.3%. Key words: Axial flow fan；design elements； Numerical simulation；performance effect目 录第一章 绪 论11.1研究背景11.2 国内外研究现状21.2.1国外研究现状21.2.2 国内研究现状31.3 CFD的理论基础41.3.1 Fluent的软件介绍41.3.2 CFD的求解步骤41.3.3 CFD的思想及方法51.4 本文的研究内容及技术路线6第二章 轴流风机的气动设计及数值模拟82.1
19、轴流风机简介82.2 轴流风机的气动设计92.3 轴流风机的数值模拟132.3.1数值建模132.3.2几何模型的简化142.3.3计算域的组成142.3.4 网格的划分152.3.5计算方法和边界条件172.3.6数值模拟的收敛判据182.4 主要参数计算192.4.1全压和静压的计算202.4.2 轴功率的计算212.4.3 效率的计算222.5 不同数值模拟的结果对比222.5.1 不同建模的结果对比222.5.2不同静压取值的结果对比242.5.3 不同边界条件的结果对比242.6 本章小结25第三章 T35轴流风机的设计要素对其性能的影响263.1 T35轴流风机的模型建立263.1
20、.1轴流风机气动设计程序的改进及叶片参数的测量263.1.2 物理模型的建立283.1.3 几何模型的建立293.2 T35轴流风机的网格试验293.3 T35轴流风机设计要素对其性能的影响303.3.1 轮毂比的影响303.3.2 流型系数的影响323.3.3 叶片前倾的影响343.3.4 叶片前掠的影响373.4优化前后风机的流场对比383.5本章小结43第四章 结论与展望444.1 结论444.2 特点和创新444.3 建议和展望45参 考 文 献46致 谢49在读期间取得的科研成果50第一章 绪 论1.1 研究背景由于轴流风机具有较好的通风换气特性，这样轴流风机在工业和生活中的应用极为
21、广泛，特别是轴流风机被大量地用在工矿企业和民用建筑中，但轴流风机同时也消耗了大量的能源。众所周知，随着我国重工业的不断发展，煤炭量的消耗也随之增加，而其中有一大部分煤炭是被风机消耗的1。随着风机的大量使用，其煤耗量将逐渐的增加。目前我国面临着越来越大的环境治理和节能减排压力，研制开发和使用高效风机产品将是通风机行业重点关注的领域。与轴流风机相比，离心风机由于压力系数较高、流量系数稍低，因此离心风机被用作电厂锅炉的送风机和引风机。为了达到节能减排的目的，现在锅炉的容量在逐渐增大，这样只有通过增加离心风机的台数和变动离心风机的尺寸来与大容量的锅炉相匹配。虽然在变工况运转时，通过增加离心风机的台数和
22、增大叶轮尺寸可以提高效率和降低成本，但是这样会导致投资增加和占地增多，而且随着风机叶轮尺寸的逐渐增大，其所需的材料强度也会随之增加，这样很不利于离心风机广泛地用在电厂中。相比离心风机，轴流风机的比转速要比离心风机的比转速要高，其流量也比离心风机的流量要大，不过其全压要比离心风机的全压低，因此动叶可调的轴流风机被用作了大容量锅炉的送引风机。轴流风机的“工程设计方法”即传统设计方法是基于二维理想流动理论，并伴有许多经验公式和系数来考虑粘性的影响，但是叶片和整机的三维影响却无法考虑2。轴流通风机的传统设计方法的特点是简单、应用方便且设计周期短，至今仍然是风机行业的主流设计方法。但是因为该方法完全忽略
23、了流动的三维效应和粘性，未考虑部件间的相互影响，忽略了静动件间隙中存在的二次流等，所以仅用工程设计方法很难给出真正高效的设计，而且该方法常常得通过设计-实验-再设计的多次循环，可见传统设计方法耗去了很多人力和财力。近期轴流通风机的气动设计有了二个重要变化：一是出现了风机现代设计方法，它应用了CFD技术，可以考虑三维和粘性的影响。“现代设计方法”是利用工程设计方法先设计出一个原始的方案，然后再利用CFD来仔细分析风机内部流场的压力分布、速度分布及总体性能等，而且不断地对该设计方案进行优化处理，最后利用数值计算预估出最佳设计方案下的风机全压和全压效率。现代设计方法的重点和难点是如何让风机性能的数值
24、预估与实测相吻合，实际上现代设计方法是CFD计算与工程经验设计的有机结合，即通过工程设计给出模型，利用数值计算校验设计效果，并进一步提供优化设计的改进方向。现代设计方法现在已有很多研究，也得到很好的应用。二是现代风机技术比传统设计方法有了新的进步，出现了可控涡设计和非径向堆积技术3。本文采用以上技术进行了T35轴流风机的数值建模，并通过整机三维湍流流场数值模拟分析了轴流风机主要设计要素对风机性能的影响。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状Francois G. Louw等人4讨论了进口无导叶轴流风机的气动设计，同时指出不同流型系数具有不同的气动设计，而且合适的可控涡设计要比自由涡设计
25、复杂的多。并且还指出轮毂比对风机性能有重要的影响，较小的轮毂比有较大的静压效率但有较小的风机静压，为了提高风机静压，需要有较大的叶片扭曲，这样就会导致流动损失增大。J. Vad5分析了轴流风机和无导叶压缩机转子的叶片非径向堆积技术即叶片前倾和叶片前掠对风机气动性能的影响。分析结果显示叶片前掠和叶片前倾可以改善轴流风机和压缩机转子的性能，具体的说可以改善其效率，扩展其非时速工况范围。而且指出CFD可以预估非径向堆积技术对风机气动性能的影响，同时还提出CFD是将前掠和前倾并入叶片设计的必要工具。J. Vad等人6等通过对比叶片采用不同流型系数后得出结论：若流型系数-1即自由涡设计时，该设计叶片吸力
26、边边界层内的流体要径向向外迁移。而若流型系数-1即可控涡设计时，该设计叶片吸力边边界层内的流体径向向外迁移的强度比自由涡设计时的大。对比叶片前掠在自由涡设计和可控涡设计时的作用，叶片前掠更适合于在可控涡设计中来改善叶顶的损失。S-J Seo等人78在低速轴流风机的整机数值模拟中采用了叶片非径向堆积技术，并且提出若该风机同时采用叶片前倾和叶片前掠，那么此风机的性能将得到很好地改善，同时指出在一个设计工况的全压值下该风机的数值计算结果与实验相符合。Zhou Dugao等人9提出用流型系数-1即自由涡设计来优化矿用轴流风机，结果显示该设计下的风机效率要比同类型风机的效率高得多，同时该风机采用自由涡设
27、计后其噪声也相应得到了降低。E Benini10提出在轴流通风机设计时要采用区间流量而不是设计点来设计风机的效率。因为若轴流通风机采用了区间流量来设计其效率，结果显示该风机会在各种工况下运行良好。1.2.2 国内研究现状李嵩等人11结合轴流风机的气动设计阐述了轴流风机的数值模拟地位和技巧，其中叙述了如何进行整机建模，如何进行网格设置，如何进行边界设置以及如何进行Fluent后处理。同时文中指出做数值模拟时需要利用技巧才能得到正确的模拟结果，而数值模拟技巧只能通过长期的实践才可获得。王巍雄等人12指出轴流风机叶片成型最好采用不可展开曲面的极值展开方法，同时叙述了极值展开方法的操作步骤。与以往轴流
28、风机要采用直接展开法相比，采用极值展开方法进行叶片成型可以提高叶片设计的精准性，同时也可以展开唯一的一个叶片，这样也就使得误差分布变得均匀。金元日等人13对低压轴流通风机分别采用自由涡设计和可控涡设计进行整机数值建模，并且对采用可控涡设计的风机进行了性能预测分析。根据Fluent计算结果得出，采用可控涡设计的风机不仅可以使叶片根部流动更加顺畅，同时此设计也降低了该风机的噪声。昌泽舟等人14提出利用叶片非径向堆积技术来进行纺织轴流通风机的设计。同时指出若纺织轴流通风机同时采用叶片前倾和叶片前掠，那么该风机的性能将明显会得到提高。与以往的普通纺织轴流通风机相比，新型纺织轴流通风机的效率明显得到了提
29、高，同时新型纺织轴流通风机的噪声也相应得到了提高，另外改进后的纺织轴流风机变得更加轻便。周帆等人15对T40轴流风机的轮毂比进行了改变，并建立了6种不同轮毂比的T40轴流风机的数值模型，这6种轮毂比分别为0.325、0.350、0.375、0.400、0.425和0.450。Fluent计算结果表明，在设计工况下该风机的效率会随着轮毂比的降低而降低。当轮毂比为0.35时，该风机的效率将达到最高。而当轮毂比为0.45时，该风机的效率会最低。同时该文章还指出了叶片承受载荷的部位，其为叶片的扭曲轴线上和该风机的叶顶上。由此可见，以上文献均分析了轴流风机中某一个设计要素对其性能的影响，并没有分析轴流风
30、机的各设计要素对其性能的影响。针对上述情况，本文基于目前效率偏低的T35轴流风机，利用工程设计经验、现代风机设计方法以及已经开发的风机气动设计程序对其进行了整机数值模拟和性能优化，结果得到了性能明显改进的新T35轴流风机。本文最后研究了优化后风机的几个重要设计要素对其性能的影响，这些设计要素包括轮毂比、流型系数、叶片前倾和叶片前掠。1.3 CFD的理论基础1.3.1 Fluent的软件介绍数值建模中常用的软件有Fluent、Tecplot和Solidworks等，其中Fluent软件可以模拟各种物理过程中存在的复杂流动，另外Fluent的前处理器Gambit软件可以进行数值建模，网格划分以及边
31、界条件的设置，同时Fluent的后处理还可以监测数值模型的云图、流场和速度场。可以说Fluent后处理器有丰富的后处理功能，这样该软件得到了较广泛的应用，一般情况下Fluent软件包括三部分16：（1）前处理：Fluent中常用的前处理软件包括Gambit、CAD和Solidworks等。其中Gambit软件的主要功能是去建立与实际相匹配的数值模型，并且对建立的模型进行网格划分和边界条件的设置。若要建的几何模型比较复杂，可以先用CAD和Solidworks软件进行建模，再将其导入Gambit软件中，最后利用Fluent软件进行相应的计算。（2）求解器：其主要功能是为导入到Fluent软件中的模
32、型提供相应的求解器。为了与实际物理过程相符，需要对导入的模型进行材料属性的设置，并且针对不同的模型相应进行不同的边界设置，另外根据计算的需要去设置检测面，最后进行迭代求解计算。（3）后处理：其作用是对Fluent的计算结果进行流场和云图的观测，因Fluent软件有比较强大的后处理功能，其可以直接进行速度场、流场和云图的检测，另外还可以通过Tecplot等软件对该模型进行后处理。1.3.2 CFD的求解步骤图1-1可以直观的看出求解CFD问题的一般步骤，对于具体的问题进行数值计算之前，首先要对待解的物理问题建立相应的控制方程，并且通过设置初始条件和边界条件来得到计算的唯一解1718。其次为了与实
33、际相符，需要建立相应的计算区域，另外要对计算区域进行网格划分，同时要确定每个子区域上的节点。然后在计算域的网格上将已建好的控制方程进行离散，离散时根据所要的计算精度去选择相应的离散格式，这样就将原控制方程转变成变成对应节点的代数方程组。离散后的方程可以采用两大求解法进行求解，这两大求解法分别为显式求解法和隐式求解法。为了与实际物理问题相符，离散方程中的条件设置必须与实际物理条件相一致，而且离散方程需要给定求解控制参数进行求解。如果计算解收敛，可以直接输出计算结果。如果不收敛，就需要调整网格、边界条件和其它计算参数设置，最后重新进行计算。图1-1 CFD工作流程图Fig.1-1 CFD work
34、 flow chart1.3.3 CFD的思想及方法CFD是通过计算技术来解决实际的物理问题，并且针对Fluent计算结果去得到相应的流动规律19。在Fluent计算之前，要先对计算流体区域进行离散处理，用离散后的节点值去代替空间域上物理量的场。根据原理将离散方法分为有限差分法、有限元法和有限体积法等。与有限差分法和有限元法相比，有限体积法的计算速度更快，因此其成为了CFD常用的离散方法。所谓有限体积法就是将所要计算的流体区域进行划分，这样就将计算流体区域转化为一系列不重叠的小控制体积，另外要求每个网格点周围都必须要有一个控制体，每个节点代表了对应的控制体。最后在每个控制体上将待解的控制方程做
35、积分处理且导出对应的离散方程，最后求解导出的离散方程，这样就可以得到了与实际物理模型相符合的解。随着计算机速度、内存和效率的提升，计算流体力学即CFD也不断发展，利用CFD进行数值模拟能够较准确地获得真实流场的信息，而且通过后处理软件还可以得到数值模型的速度场和云图，这些都为风机的优化设计奠定了有利的条件。1998年清华大学朱之墀等成功地将CFD应用到了离心风机的设计中，同时也提出了现代风机气动设计方法，另外边晓东博士又对现代风机气动设计方法进行了完善。该方法在开发性能良好的7-35风机系列中获得了成功，后来此方法又在其它离心和轴流风机的开发中应用成功20，可以说它将改进的工程设计、CFD数值
36、模拟和现场实验有机的结合起来。现代风机气动设计方法的工作流程如图1-2所示，其具体的实施步骤是先利用现代设计方法进行风机的气动设计，然后进行相应的数值建模、Fluent计算以及进行Fluent后处理，同时将建好的模型进行优化设计，最后通过现场测试来验证该设计方案。可见该设计方法不仅可以减少风机的设计时间，同时也节约了风机设计时的成本。图1-2 现代设计方法的工作流程Fig.1-2 Working process of modern design method1.4 本文的研究内容及技术路线基于目前T35轴流风机效率偏低的现状，本文进行了新T35轴流风机的开发，并且利用工程设计经验、风机现代设计
37、方法和已有的轴流风机气动设计程序对其进行了整机数值模拟和性能优化，结果得到了性能明显改善的新T35轴流风机，同时分析了优化后T35轴流风机的设计要素对其的性能影响，具体的研究工作如下：（1）对已有的T35轴流风机进行了整机数值建模，并且将该数值建模的计算结果与厂家的实测数据进行了比较。（2）用已有的气动设计程序和数值成型方法来近似模拟T35风机的叶片各截面型线和叶弦几何角，并预估了该数值建模的全压和效率，这样可以保证数值计算结果能与现有T35风机的性能一致。最后适当调整了T35轴流风机的设计参数，经过对比将性能较好的T35轴流风机作为新T35轴流风机的设计雏形。（3）通过改变新T35轴流风机的
38、设计要素去计算该风机的全压和效率，这些设计要素包括轮毂比、流型系数、叶片前倾、叶片前掠，同时分析了不同设计要素对新T35轴流风机的性能影响，最后通过分析综合得到了性能明显改善的新T35轴流风机样机。第二章 轴流风机的气动设计及数值模拟本文的目标是研究T35轴流风机的设计要素对其性能的影响，为了很好的分析各设计要素的影响，需要了解轴流风机的基本概念和气动设计。作为基础性的研究工作，本章首先叙述轴流风机的数值模拟，着重介绍轴流风机几何模型的建立、网格的划分、边界条件的设置、计算域的简化、模拟结果的收敛标准以及数值结果的处理方法等。然后本章将进一步讨论不同数值建模、风机静压及边界设置对轴流风机性能的
39、影响，从而为下一章讨论新T35轴流风机的设计要素对其性能的影响奠定了基础。2.1 轴流风机简介 按照气流的进出方式不同，可将通风机分为离心风机、斜流风机和轴流风机，在轴流风机中气流是轴向进入并且轴向流出。轴流风机的工作流程是气流经过进风口进入到风机中，通过轴流风机的导叶获得预旋，然后通过轴流风机的动叶获得能量，最后经过出口延伸区将气流的周向动能转化为静压能，同时气流的轴流速度也变得均匀。与离心风机相比，低压轴流风机的风机压力较低，其压力一般低于490 Pa，但其流量比离心风机的流量大，轴流风机一般采用单级结构21。如图2-1所示，轴流风机一般由整流罩、前导叶、叶轮、外筒和扩散筒组成，其中叶轮和
40、前导叶组成了该风机的级，下面详细介绍轴流风机每一个组成部件的作用。1-整流罩2-前导叶3-叶轮 4-外筒 5-扩散筒图2-1 轴流通风机示意图Fig.2-1 The schematic diagram of axial flow fan（1）整流罩：为了改善轴流风机的进气条件，需要在轴流风机叶轮或前导叶之前安装整流罩。实践证明安装整流罩可提高风机全压和全压效率，同时轴流风机的噪声也得到降低。一般整流罩为半球或半椭球形。（2）导叶：分前导叶和后导叶两大类。前导叶可以使气流有预旋地进入叶轮，这样就可以使轴流风机的一部分轴向气流转变为周向气流，通过这种转变可提高轴流风机的静压。与轴流风机的前导叶对比
41、，后导叶可以使轴流风机的一部分周向动压转变为风机静压，另外通过安装后导叶也可以降低气流与外筒之间的摩擦损失。（3）叶轮：主要功能是通过叶轮旋转对气流做功，使得气流获得能量，其中叶轮由轮毂和动叶组成，通常动叶是焊接在轮毂上。轴流风机的动叶通常从叶根到叶顶是扭曲状的，其分为机翼型和圆弧板型等。（4）外筒：包覆在轴流风机的叶轮外面，可以起到收集和导向气流的作用。（5）扩压筒：作用是将轴流风机中一部分气流的轴流动压转变为风机静压，同时也可以减少出口气流的扩散损失。2.2 轴流风机的气动设计传统轴流风机的气动设计大多采用二维理想流动理论，并伴有一些经验公式和气动设计参数22。核心方程是由二维理想流动假定
42、的连续方程和动量方程导出的流型方程即式（2-1），气动设计参数包括由风洞实验得到的叶型升力和阻力系数以及考虑粘性修正的叶型流动效率等。流型方程中的流型系数对轴流风机的性能影响很大，传统设计时轴流风机采用自由涡设计即流型系数=1，近年来轴流风机采用可控涡设计即1。另外传统设计时轴流风机要采用叶片径向堆积成型技术，而现在设计轴流风机时一般采用叶片非径向堆积技术。 （2-1）式中：周向速度，m/s；绝对速度，m/s；半径，m；速度的周向分量；流型系数。（1）流型系数的选取若轴流风机采用合适的流型系数进行设计，那么其可以最大限度地利用电机输入的功率，还可以将电机输入功率最大限度地转化为轴流风机的气动功
43、，这样也就使得轴流风机的风机出口动能即式（2-2）减少到了最小。因为风机出口动能达到最小时要满足流型方程即，所以本文采用满足的流型系数进行T35轴流风机的叶片设计23。 （2-2）式中：空气的密度，kg/m3；轴向速度，m/s；速度的轴向分量；风量，m3/h。（2）参数选取气动设计参数是根据轴流风机的工作要求而给定的工况参数，包括全压、风量、叶轮直径、转速以及气体密度等。另外具体设计时还需要选取的参数是轮毂比、流型系数、弦长与叶型曲率半径之比、效率曲线和升力系数曲线。根据以上选取的参数利用下面的计算公式去得到叶片的几何参数，这些几何参数包括拱高、弦长、叶型半径和安装角等。（3）主要计算公式1圆
44、周速度和压力系数的表达式分别如式（2-3）和（2-4）所示： （2-3）式中：叶轮直径，m；叶顶（叶片最大半径处）；转速，rpm；圆周速度，m/s；叶顶圆周速度，m/s。 （2-4）式中：压力系数；全压，Pa。在轴流风机的设计中，轴流风机是否加前后导叶要由值来定，具体为：当时，轴流风机不加前后导叶；当时，轴流风机要加后导叶；当时，轴流风机既要加前导叶也要加后导叶。因为本文的压力系数，这样设计T35轴流风机时不加前导叶和后导叶24。2若轴向速度均匀，则有式（2-5）和（2-6）： （2-5）式中： 轮毂直径，m；轮毂比。 （2-6）式中： 进口轴向速度，m/s；1气流进口。3叶片各基元级i截面上
45、的出口周向速度，出口轴向速度和全压由径平衡方程（2-7），能量方程（2-8）及流型方程（2-9）共同确定。 （2-7）式中：出口周向速度，m/s；2气流出口；出口轴向速度，m/s。 （2-8）式中：流动效率，由经验给出。 （2-9）4图2-2是叶片基元级的速度三角形平面图，图中表示绝对气流角，相应的各参数计算公式见（2-10）（2-18）所示：图2-2 叶型参数示意图Fig.2-2 The schematic diagram of vane type parameter假定轴流风机叶轮进口处的气流均匀，因而有： （2-10）式中：进口绝对速度，m/s； （2-11）式中：进口周向速度，m/s； （2-12）式中：进口相对速度，m/s；进口圆周速度，m/s； （2-13）式中：进口相对气流角，； （2-14）式中：出口相对速度，m/s；出口圆周速度，m/s。 （2-15）式中：出口相对气流角，； （2-16）式中：平均气流速度，m/s； （2-17）式中：平均气流角，； （2-18）5确定叶片参数：当叶片数值在范围内，并且攻角在2附近时，此叶片具有最佳的气动特性，相应叶片参数的计算公式见式（2-19）（2-21）所示：
