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1、中國制冷配件網(wǎng)- 當(dāng)前位置：首頁制冷學(xué)院 風(fēng)機風(fēng)管理論正文軸流式風(fēng)機設(shè)計簡介我要打印IE收藏放入公文包我要留言來源：中國制冷配件網(wǎng)添加人： chinazlsxy添加時間： 2005-7-14 14:12:24一、 前言送風(fēng)機 -俗稱風(fēng)扇 -是被廣泛使用中的一種流體機械， 小至個人計算機及電子產(chǎn)品散熱， 進而到家用電扇、 冷氣機內(nèi)散熱， 大至工廠通風(fēng)、 隧道通風(fēng)、輸送及大型空調(diào)與冷卻等， 現(xiàn)代生活可以說無法脫離送風(fēng)機的應(yīng)用范圍。 早期送風(fēng)機的演進， 大部份都是因應(yīng)新的應(yīng)用領(lǐng)域而在材質(zhì)上做改進， 以求堅固適用， 性能方面的改進則比較不顯著。 從大約 1930年代開始， 氣體動力學(xué)因長期基礎(chǔ)科學(xué)研究

2、及實際應(yīng)用需求， 開始蓬勃發(fā)展， 而制造航空器材累積下來的技術(shù)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗 ，逐成為日后送風(fēng)機性能改進的重要依據(jù)。送風(fēng)機的性能一般指在操作時所能產(chǎn)生的風(fēng)量(通常以體積流量代表)及壓力 (通常以水柱高度表示 )，特殊用途的風(fēng)機還須考慮吹距(如噴流式風(fēng)機)、耐溫特性 (高溫作業(yè)環(huán)境使用者)、抗蝕特性 (化學(xué)作業(yè)環(huán)境使用者)、 正反轉(zhuǎn)性能( 隧道通風(fēng) )等等。 提供風(fēng)量是送風(fēng)機的目的，但氣流的運動須負(fù)擔(dān)動、 靜態(tài)能量損失， 因此該目的風(fēng)量還需具有一定壓力， 以克服上述損失，才能達到使用送風(fēng)機的目的。 送風(fēng)機的風(fēng)量-壓力性能通常以如圖一的方式代表， 其中橫軸是風(fēng)量坐標(biāo)， 而縱軸則是壓力坐標(biāo);不同類型的送

3、風(fēng)機， 該曲線的形狀會不相同， 不過對本文所要說明的概念而言， 圖一的曲線便具有足夠的代表性。 圖二是動、 靜態(tài)能量損失的代表曲線(亦稱系統(tǒng)阻抗曲線)。 同樣地， 不同的應(yīng)用系統(tǒng)， 其損失曲線當(dāng)然也不盡相同。 圖三則是由圖一與二重迭而得， 由于系統(tǒng)只有在無風(fēng)的情況下氣流能量損失是最小， 而送風(fēng)機在最大風(fēng)量時氣流壓力又最小， 因此系統(tǒng)加上風(fēng)機后的操作點， 一般就是如圖三中兩曲線的交點(既不是風(fēng)機的最大風(fēng)量或壓力點，也不是系統(tǒng)的零風(fēng)量點)。 當(dāng)然， 在系統(tǒng)確定的情況下， 如果使用者選擇風(fēng)機不當(dāng)，則如圖三中的交點所對應(yīng)的風(fēng)量， 就不會是系統(tǒng)需求的風(fēng)量(太大或太小都有可能)。送風(fēng)機設(shè)計簡單的說，就是利

4、用一系統(tǒng)化的方式及方法， 根據(jù)使用者的要求或市場產(chǎn)品性能區(qū)隔體系， 計算規(guī)劃出合乎需求的送風(fēng)機組。系統(tǒng)化的方式及方法包含設(shè)計技術(shù)及測試技術(shù)兩大部份，設(shè)計技術(shù)內(nèi)容有理論基礎(chǔ)及實驗與經(jīng)驗數(shù)據(jù)的應(yīng)用， 而測試技術(shù)則含規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的遵守及設(shè)備的建立;而由送風(fēng)機種類不同(大致上哿分為軸流式、 斜流式及離心式三型)， 其設(shè)計方法及數(shù)據(jù)應(yīng)用也不相同。 本文以下將簡述不同設(shè)計層次間的差別， 然后針對軸流式風(fēng)機設(shè)計與硬用做簡要說明， 最后以軸流式風(fēng)機發(fā)展進況做一結(jié)論。二、 研究方法機械設(shè)計課題屬于所謂的反問題( Inverse Problem )， 而一般面對的稱為正問題( Direct Problem ) ; 正

5、問題問 : 在某一操作條件下 ， 某設(shè)備的輸出為何 ? 反問題則問 :若需輸出為 A ，則設(shè)備為何 ?設(shè)計既屬反問題， 因此需要大量實驗及經(jīng)驗數(shù)據(jù)， 而理論基礎(chǔ)則根據(jù)輸出需求將資料做合理搭配 。流體機械設(shè)計目前狀態(tài)罷概可以圖四表示，圖中方塊代表設(shè)計技術(shù)中的理論基礎(chǔ)，愈往左上方走， 分析的性值愈濃厚， 設(shè)計的工能愈薄弱(愈接近正問題課題 )， 也就是目前所謂的CFD領(lǐng)域 ;往圖右下方走， 則設(shè)計的性質(zhì)漸濃 ， 分析的能力變?nèi)酢?據(jù)筆者了解， 目前商業(yè)化應(yīng)用的大概在右下方三個方塊范圍內(nèi)， 其中左方的層次尚未發(fā)展成熟， 但被認(rèn)為具潛力， 而最被廣泛利用的是右方的理論基礎(chǔ)， 而中間的層次則被用來做分析

6、修整初步設(shè)計為最多。 下面便舉在最右方塊所代表范圍里的一個例子， 簡單介紹其原理 。一般軸流式風(fēng)機設(shè)計， 大致上均不出自由渦流式或任意渦流式葉片設(shè)計， 其間的主要不同點在設(shè)計者要求葉片作功的方式不同;自由渦流式設(shè)計要求葉片不論半徑， 都須作出等量的功， 由于接近葉根部份因半徑較小而切線速度較慢， 因此需要較大的扭曲及較長截面， 才能與葉頂部份具有相同的作功能力。 扭曲及對截面氣動性能的要求常使得自由渦流式風(fēng)機無法提供較大壓力的需求。 為適應(yīng)日益廣泛的應(yīng)用狀況， 設(shè)計鍺者開始在不劇烈破壞徑相平衡條件(氣流在徑向的流動與軸向相較可忽略 )之下， 利用半徑愈大可作作功能力愈強的自然特性， 要求葉片作

7、功量隨半徑變化， 減輕對葉根部的依賴，如此不但使設(shè)計更廣為所用， 同時也提高了軸流式風(fēng)機的穩(wěn)定性。 因為自由渦流式設(shè)計可視為任意渦流式設(shè)計的特例， 以下將直接簡述任意渦流式設(shè)計原理。圖五為一軸流式風(fēng)機示意圖， 標(biāo)示 1及 2分別代表入口及出口位置。 在徑向流動可忽略的前提下， 流體全壓可依下兩式表示:假設(shè)沒有能量損失， 則流體入出口全壓差應(yīng)是以上各式所用符號， P 代表靜壓， 乃氣體密度， 代表軸向流速， 是角速度， 代表轉(zhuǎn)速， 而 r乃徑向坐標(biāo)。 ( 2 ) - ( 1 )并帶入 ( 3 )式 ， 且將結(jié)果以U 代表平均軸向速度， 可由設(shè)計風(fēng)量與流道截面關(guān)系求得。 壓力差項可藉徑向平衡假設(shè)求

8、得如下 ：因此， 在入口條件已知的情形下， 出口軸向速度分布可依下式求得：其中 u 代表軸向速度恰等于 U 的半徑位置設(shè)計者要求葉片的作功方式 ( 若屬自由渦流式。 ( 4 ) 式中未知數(shù)為， 則本項與半徑成倒數(shù)關(guān)系2 及 u， 而則是)。 再根據(jù)質(zhì)量守恒定律， 平均軸向速度U 之定義為：將( 4 )式帶入 ( 5 )中 ， 得到一個僅有一個未知數(shù)u 的積分方程式， 可以用數(shù)值迭代的方式來求解， 這樣出口的軸向及圓周方向速度便都得到了。三、 應(yīng)用實例家用排風(fēng)機通常被做通風(fēng)或散熱目地用， 而一般嵌壁式排風(fēng)機均以零壓點(最大風(fēng)量點)做為排列規(guī)格， 而實際上該點可能既非操作點， 也非該風(fēng)機設(shè)計點，

9、理由是風(fēng)機運轉(zhuǎn)時多少有些阻抗必須克服， 而設(shè)計者顧慮操作裕度的關(guān)系， 亦會以一假想阻抗值做為設(shè)計點。 今以一外商品牌之風(fēng)譏為參考，在不變更其幾何尺寸的前提下， 降低轉(zhuǎn)速并改善性能。 外商排風(fēng)機規(guī)格為：直徑：300轉(zhuǎn)速： 1400 RPM最大風(fēng)量： 1500 CMH經(jīng)實測其性能后，其壓力 -風(fēng)量特征曲線如圖六中圓圈符號所示，最大風(fēng)量點約是1467 CMH ，最大靜壓為4.6 Aq，最高全壓效率49 %， 而最高靜壓效率約為31 % 。如果以 1.5 Aq 做為預(yù)定阻抗值， 則該排風(fēng)機操作風(fēng)量約為1170 CMH 。 圖六中流量系數(shù)定義為流量除以轉(zhuǎn)速與直徑立方的乘積，而壓力系數(shù)則是靜壓除以轉(zhuǎn)速與半

10、徑乘積平方而得。新設(shè)計排風(fēng)扇之規(guī)格如下：直徑：300轉(zhuǎn)速： 1000 RPM最大風(fēng)量： 900 CMH設(shè)計靜壓：2 mmAq其中設(shè)計靜壓是目前設(shè)計軟件可接受之最小值； 新設(shè)計雛型機之實測性能以圖六中之星號代表。新設(shè)計排風(fēng)扇之最大風(fēng)量1200 CMH ， 最大靜壓為4.2 mmAq ，最高全壓效率54 %， 而最高靜壓效率約 40 %， 若阻抗以 1.5 mmAq 計 ， 新排風(fēng)機操作風(fēng)量為970 CMH 。 圖六顯示在實際可能操作區(qū)間內(nèi)， 新設(shè)計扇效率優(yōu)于現(xiàn)品， 而性能曲線則全段都較優(yōu)。 另現(xiàn)品風(fēng)機前一米處平均噪音值約65 dB， 而新設(shè)計風(fēng)機噪音值為54 dB。 噪音值的降低， 主要是風(fēng)機葉

11、尖切線速度降低而得(也就是轉(zhuǎn)速降低所致)。四、 軸流扇設(shè)計驅(qū)勢目前冷凍空調(diào)界， 特別是在家電及空調(diào)業(yè)， 由于使用者對環(huán)境品質(zhì)的要求， 使得業(yè)者開始朝低噪音的軸流扇設(shè)計方向發(fā)展， 采用的方法大概是葉片前傾或后傾， 所開發(fā)出的扇葉與傳統(tǒng)軸流扇葉比較 ， 截面弦長均較大。 筆者認(rèn)為改進軸流風(fēng)機噪音上， 可先用前述方法設(shè)計一傳統(tǒng)軸流扇，確定性能 、效率均已達所求，并粗略認(rèn)定操作時無明顯流體剝離現(xiàn)象后( 否則不易掌握噪音來源)， 采取前傾或后傾調(diào)整， 原設(shè)計參數(shù)中的弦角及攻角可能也須相應(yīng)調(diào)整， 以免噪音是降低了，但性能也隨著降低。 風(fēng)機噪音產(chǎn)生原因很多， 而不同的原因所顯示的噪音特征也不相同， 如能配合

12、一無回響室的使用， 準(zhǔn)確測得噪音頻譜， 則對低噪音扇的設(shè)計更可事半功倍。最新供應(yīng)信息最新求購信息 供 球形不銹鋼水塔 求 推入式翅片蒸發(fā)器 供 氣調(diào)冷庫設(shè)備氣調(diào)冷庫安裝 . 求武漢廢品回收廢舊積壓物資 . 供 MANN 曼牌濾芯 求中央空調(diào)回收廢舊物資回收制 . 供 A2008 高精度報警溫濕度表 . 求武漢廢銅廢電線回收不銹鋼鍋 . 供 方形玻璃鋼冷卻塔 求冷庫門 供 全不銹鋼雙金屬溫度計 求控制面板出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂， 今天下三分， 益州疲弊， 此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘

13、志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費祎、董允等，此皆良實，志慮忠純，是以先帝簡拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補闕漏，有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰愚以為營中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所?！澳?”，是以眾議舉寵為督：親賢臣， 遠(yuǎn)小人， 此先漢所以興隆也； 親小人， 遠(yuǎn)賢臣， 此后漢所以傾頹也。 先帝在時，每與臣論此事， 未嘗不嘆息痛恨于桓、 靈也。 侍中、尚書、 長史、 參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計日而待也。臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于敗軍之際，奉命于危難之間，爾來二十有一年矣。先帝知臣謹(jǐn)慎，故臨崩寄臣以大事也。受命以