提高叶片局部粗糙度对风机效率影响的实验研究

时间：2020-01-05

工程热物理学报提高叶片局部粗糙度对风机效率影响的实验研究霍福鹏孟繁娟钟洪亮陈佐一蒋正苗杨乃铎孙稳立清华大学热能工程系，北京北京风机二厂，北京摘要通过对三种风机在叶片上进行了加大局部粗糙度的实验，研究了风机叶片上不同位置的粗糙度变化对风机效率的影响，发现风机叶片内弧尾缘加大粗糙度时风机的效率会提高。

　　实验得到了通过增加叶片局部粗糙度提高风机效率的粗糙带宽度及其位置，并对不同的粗糙度对效率的影响进行了初步的探讨。

　　本工作为风机节能开辟了一条新路。

　　关键词风机叶片变粗糙度节能冬不目叮舀在传统的理论及现行的叶片设计与加工中，为了保证较好的气动性能，要求透平与压气机的叶片表面尽可能光洁。

　　而新的理论研究表明，在叶片局部加大粗糙度会使叶片的升阻比呈某一规律性变化，而在适当的位置加大粗糙度，叶片的升阻比会有所提高。

　　在相应的实验中也发现，对孤立的叶片和平面叶栅中的叶片加大其内弧尾缘的粗糙度，升阻比确有一定的提高。

　　但这种叶片的升阻比的提高在实际工作的叶轮机械中对效率的影响是如何体现的，同时不同位置的粗糙度变化对风机效率影响的规律，目前在国际国内均未见系统的实验研究。

　　本文对加大叶片局部粗糙度引起的风机效率变化进行了研究，初步给出了在不同位置加大粗糙度对风机效率影响的曲线，并给出了在不改变叶型条件下仅通过增加叶片局部粗糙度能提高风机效率的具体位置，为在不改变叶型条件下提高压气机及透平的效率开辟了一条新路。

　　实验方法实验由北京风机二厂分别选取了三种型号的风机进行了对比实验，在有计划的加大风机叶片某些部位的粗糙度的情况下对比风机的效率，从而确定局部粗糙度变化对风机效率的影响。

　　加大叶片局部粗糙度的方法是在较光滑的风机叶片表面贴粗糙带，本实验采用的粗糙带为普通砂纸。

　　在实验中粗糙带未发生翘起脱落等异常情况，砂纸的厚度与重量对风机的影响均可以忽略不计。

　　可以认为风机效率的变化仅与粗糙带的位置与粗糙度的大小有关。

　　实验的对比结果为风机的流量一效率变化曲线，对比两种情况的效率。

　　实验结果与讨论对不同的风机，实验发现一些共同的结果日期一修订日期一基金项目国家自然科学基金重点资助项目霍福鹏一男(满族)，辽宁鞍山人，博士研究生，主要从事气动热力学研究。

　　工程热物理学报卷在风机叶片压力面的不同位置粘贴相同宽度的粗糙带，风机的效率随粗糙带的位置变化而变化，如图所示。

　　(其中为粗糙带的宽度，为粗糙带的后沿到叶片出气边的距离)从实验结果可以得出，在内弧风机效率随粗糙带从尾缘向前缘移动而逐步降低，在背弧则是加粗糙带效率均比不加粗糙带低。

　　在内弧尾缘粘贴不同宽度的粗糙带，风机效率随粗糙带宽度变化而变化。

　　对轴流式风机和一离心式风机的实验结果如图所示。

　　在叶片压力面尾沿贴适当宽度的粗糙带后风机的效率确有提高，其效率的提高可达到以上。

　　对不同的叶型存在不同的粗糙带宽度，此时达到高效率，若粗糙带的宽度再提高，效率的增加将降低。

　　对两种风机进行了宽度的实验。

　　图是轴流式风机在宽度条件下效率与流量的关系图。

　　测量结果发现宽度约为对一离心式风机的实验结果和图相对照可以发现风机的效率点对应的宽度大约哥校。石8刁卜不加刁卜二刁卜月卜哥叔刁卜不加一闷。

　　一二才闷卜流量丫流量丫图内弧不同位置增加粗糙度对比图型轴流风机加不同宽度粗糙带效率对比哥族刁卜不加月卜了一J卜一二一闷卜一二0八矛瓣校流量刁卜二刁卜不加流量丫图一离心式风机加不同宽度粗糙带对比图型轴流风机宽度粗糙带和不加粗糙带对比同时，实验还对粗糙带粗糙度的大小变化对于风机效率的影响进行了初步研究。

　　粗糙度的变化主要是采用不同粗糙度的砂纸来保证。

　　图是型轴流式风机的不同粗糙带的效率对比图。

　　由该图可以得出粗糙度较大的情况下该风机的效率比较高。

　　通期霍福鹏等提高叶片局部粗糙度对风机效率影响的实验研究过分析，粗糙度也应存在一个值，**过该值效率将下降。

　　实验的结论风机效率随粗糙带在内弧从尾缘向前缘移动而逐步降低，在背弧加粗糙带效率降低。)在叶片内弧尾缘贴适当宽度的粗糙带后风机的效率提高，可以达到以上。

　　对不同的叶型有不同的宽度范围。

　　每一个叶型存在其宽度，在该点风机的效率达到值。

　　哥校一刁卜一不加闷卜一~粗糙度大刊`一粗糙度小流量丫图不同粗糙度情况对比)在一定的范围内提高粗糙度，风机效率增加。

　　实验结论的应用前景利用在叶片局部增加粗糙度的方法来提高二维叶片和翼型的升阻比的理论研究，数值模拟及实验研究均已证明，该方法是可行且有价值的。

　　本实验是在实际运行的风机上进行的，通过实际的测量也证明了在实际应用上该方案是可行的。

　　现有的结果可以应用于压气机和风机的节能，也可应用于风力透平的高效率发电。

　　参考文献孟繁娟，吴永芬，陈佐一提高叶栅叶片升阻比的新举措的实验研究。

　　见中国工程热物理学会热机气动热力学学术会议论文集，洛阳，一钟洪亮，孟繁娟，陈佐一风力透平叶片表面增加局部粗糙度对升阻比影响的数值分析。

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