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1、中国制冷配件网- 当前位置：首页制冷学院 风机风管理论正文轴流式风机设计简介我要打印IE收藏放入公文包我要留言来源：中国制冷配件网添加人： chinazlsxy添加时间： 2005-7-14 14:12:24一、 前言送风机 -俗称风扇 -是被广泛使用中的一种流体机械， 小至个人计算机及电子产品散热， 进而到家用电扇、 冷气机内散热， 大至工厂通风、 隧道通风、输送及大型空调与冷却等， 现代生活可以说无法脱离送风机的应用范围。 早期送风机的演进， 大部份都是因应新的应用领域而在材质上做改进， 以求坚固适用， 性能方面的改进则比较不显著。 从大约 1930年代开始， 气体动力学因长期基础科学研究

2、及实际应用需求， 开始蓬勃发展， 而制造航空器材累积下来的技术数据及经验 ，逐成为日后送风机性能改进的重要依据。送风机的性能一般指在操作时所能产生的风量(通常以体积流量代表)及压力 (通常以水柱高度表示 )，特殊用途的风机还须考虑吹距(如喷流式风机)、耐温特性 (高温作业环境使用者)、抗蚀特性 (化学作业环境使用者)、 正反转性能( 隧道通风 )等等。 提供风量是送风机的目的，但气流的运动须负担动、 静态能量损失， 因此该目的风量还需具有一定压力， 以克服上述损失，才能达到使用送风机的目的。 送风机的风量-压力性能通常以如图一的方式代表， 其中横轴是风量坐标， 而纵轴则是压力坐标;不同类型的送

3、风机， 该曲线的形状会不相同， 不过对本文所要说明的概念而言， 图一的曲线便具有足够的代表性。 图二是动、 静态能量损失的代表曲线(亦称系统阻抗曲线)。 同样地， 不同的应用系统， 其损失曲线当然也不尽相同。 图三则是由图一与二重迭而得， 由于系统只有在无风的情况下气流能量损失是最小， 而送风机在最大风量时气流压力又最小， 因此系统加上风机后的操作点， 一般就是如图三中两曲线的交点(既不是风机的最大风量或压力点，也不是系统的零风量点)。 当然， 在系统确定的情况下， 如果使用者选择风机不当，则如图三中的交点所对应的风量， 就不会是系统需求的风量(太大或太小都有可能)。送风机设计简单的说，就是利

4、用一系统化的方式及方法， 根据使用者的要求或市场产品性能区隔体系， 计算规划出合乎需求的送风机组。系统化的方式及方法包含设计技术及测试技术两大部份，设计技术内容有理论基础及实验与经验数据的应用， 而测试技术则含规范标准的遵守及设备的建立;而由送风机种类不同(大致上哿分为轴流式、 斜流式及离心式三型)， 其设计方法及数据应用也不相同。 本文以下将简述不同设计层次间的差别， 然后针对轴流式风机设计与硬用做简要说明， 最后以轴流式风机发展进况做一结论。二、 研究方法机械设计课题属于所谓的反问题( Inverse Problem )， 而一般面对的称为正问题( Direct Problem ) ; 正

5、问题问 : 在某一操作条件下 ， 某设备的输出为何 ? 反问题则问 :若需输出为 A ，则设备为何 ?设计既属反问题， 因此需要大量实验及经验数据， 而理论基础则根据输出需求将资料做合理搭配 。流体机械设计目前状态罢概可以图四表示，图中方块代表设计技术中的理论基础，愈往左上方走， 分析的性值愈浓厚， 设计的工能愈薄弱(愈接近正问题课题 )， 也就是目前所谓的CFD领域 ;往图右下方走， 则设计的性质渐浓 ， 分析的能力变弱。 据笔者了解， 目前商业化应用的大概在右下方三个方块范围内， 其中左方的层次尚未发展成熟， 但被认为具潜力， 而最被广泛利用的是右方的理论基础， 而中间的层次则被用来做分析

6、修整初步设计为最多。 下面便举在最右方块所代表范围里的一个例子， 简单介绍其原理 。一般轴流式风机设计， 大致上均不出自由涡流式或任意涡流式叶片设计， 其间的主要不同点在设计者要求叶片作功的方式不同;自由涡流式设计要求叶片不论半径， 都须作出等量的功， 由于接近叶根部份因半径较小而切线速度较慢， 因此需要较大的扭曲及较长截面， 才能与叶顶部份具有相同的作功能力。 扭曲及对截面气动性能的要求常使得自由涡流式风机无法提供较大压力的需求。 为适应日益广泛的应用状况， 设计锗者开始在不剧烈破坏径相平衡条件(气流在径向的流动与轴向相较可忽略 )之下， 利用半径愈大可作作功能力愈强的自然特性， 要求叶片作

7、功量随半径变化， 减轻对叶根部的依赖，如此不但使设计更广为所用， 同时也提高了轴流式风机的稳定性。 因为自由涡流式设计可视为任意涡流式设计的特例， 以下将直接简述任意涡流式设计原理。图五为一轴流式风机示意图， 标示 1及 2分别代表入口及出口位置。 在径向流动可忽略的前提下， 流体全压可依下两式表示:假设没有能量损失， 则流体入出口全压差应是以上各式所用符号， P 代表静压， 乃气体密度， 代表轴向流速， 是角速度， 代表转速， 而 r乃径向坐标。 ( 2 ) - ( 1 )并带入 ( 3 )式 ， 且将结果以U 代表平均轴向速度， 可由设计风量与流道截面关系求得。 压力差项可藉径向平衡假设求

8、得如下 ：因此， 在入口条件已知的情形下， 出口轴向速度分布可依下式求得：其中 u 代表轴向速度恰等于 U 的半径位置设计者要求叶片的作功方式 ( 若属自由涡流式。 ( 4 ) 式中未知数为， 则本项与半径成倒数关系2 及 u， 而则是)。 再根据质量守恒定律， 平均轴向速度U 之定义为：将( 4 )式带入 ( 5 )中 ， 得到一个仅有一个未知数u 的积分方程式， 可以用数值迭代的方式来求解， 这样出口的轴向及圆周方向速度便都得到了。三、 应用实例家用排风机通常被做通风或散热目地用， 而一般嵌壁式排风机均以零压点(最大风量点)做为排列规格， 而实际上该点可能既非操作点， 也非该风机设计点，

9、理由是风机运转时多少有些阻抗必须克服， 而设计者顾虑操作裕度的关系， 亦会以一假想阻抗值做为设计点。 今以一外商品牌之风讥为参考，在不变更其几何尺寸的前提下， 降低转速并改善性能。 外商排风机规格为：直径：300转速： 1400 RPM最大风量： 1500 CMH经实测其性能后，其压力 -风量特征曲线如图六中圆圈符号所示，最大风量点约是1467 CMH ，最大静压为4.6 Aq，最高全压效率49 %， 而最高静压效率约为31 % 。如果以 1.5 Aq 做为预定阻抗值， 则该排风机操作风量约为1170 CMH 。 图六中流量系数定义为流量除以转速与直径立方的乘积，而压力系数则是静压除以转速与半

10、径乘积平方而得。新设计排风扇之规格如下：直径：300转速： 1000 RPM最大风量： 900 CMH设计静压：2 mmAq其中设计静压是目前设计软件可接受之最小值； 新设计雏型机之实测性能以图六中之星号代表。新设计排风扇之最大风量1200 CMH ， 最大静压为4.2 mmAq ，最高全压效率54 %， 而最高静压效率约 40 %， 若阻抗以 1.5 mmAq 计 ， 新排风机操作风量为970 CMH 。 图六显示在实际可能操作区间内， 新设计扇效率优于现品， 而性能曲线则全段都较优。 另现品风机前一米处平均噪音值约65 dB， 而新设计风机噪音值为54 dB。 噪音值的降低， 主要是风机叶

11、尖切线速度降低而得(也就是转速降低所致)。四、 轴流扇设计驱势目前冷冻空调界， 特别是在家电及空调业， 由于使用者对环境品质的要求， 使得业者开始朝低噪音的轴流扇设计方向发展， 采用的方法大概是叶片前倾或后倾， 所开发出的扇叶与传统轴流扇叶比较 ， 截面弦长均较大。 笔者认为改进轴流风机噪音上， 可先用前述方法设计一传统轴流扇，确定性能 、效率均已达所求，并粗略认定操作时无明显流体剥离现象后( 否则不易掌握噪音来源)， 采取前倾或后倾调整， 原设计参数中的弦角及攻角可能也须相应调整， 以免噪音是降低了，但性能也随着降低。 风机噪音产生原因很多， 而不同的原因所显示的噪音特征也不相同， 如能配合

12、一无回响室的使用， 准确测得噪音频谱， 则对低噪音扇的设计更可事半功倍。最新供应信息最新求购信息 供 球形不锈钢水塔 求 推入式翅片蒸发器 供 气调冷库设备气调冷库安装 . 求武汉废品回收废旧积压物资 . 供 MANN 曼牌滤芯 求中央空调回收废旧物资回收制 . 供 A2008 高精度报警温湿度表 . 求武汉废铜废电线回收不锈钢锅 . 供 方形玻璃钢冷却塔 求冷库门 供 全不锈钢双金属温度计 求控制面板出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂， 今天下三分， 益州疲弊， 此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘

13、志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。“能 ”，是以众议举宠为督：亲贤臣， 远小人， 此先汉所以兴隆也； 亲小人， 远贤臣， 此后汉所以倾颓也。 先帝在时，每与臣论此事， 未尝不叹息痛恨于桓、 灵也。 侍中、尚书、 长史、 参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以