一種脊狀表面減阻的翼型葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于泉與風(fēng)機減阻增效節(jié)能領(lǐng)域，具體指一種W非光滑脊狀結(jié)構(gòu)表面來達 到減阻節(jié)能效果的葉片。
【背景技術(shù)】
[0002] 泉與風(fēng)機類流體機械，其在國民生產(chǎn)生活中占有重要地位的同時，也消耗了大量 的能源。例如，鍋爐送、引風(fēng)機作為發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備，其耗電量約占廠用電的30%。 對于泉與風(fēng)機等旋轉(zhuǎn)流體機械而言，因流體黏性而產(chǎn)生的摩擦作用，對其性能有著重要的 影響。當氣流流過葉片流道時，因黏性作用在葉片表面產(chǎn)生的邊界層，其厚度雖小，卻使得 葉輪流道有效通流截面積減小，此外因黏性引發(fā)的邊界層分離、二次流等現(xiàn)象，都會引起泉 與風(fēng)機的流動損失。盡可能地減少流體在泉與風(fēng)機內(nèi)部的流動阻力和能量損失，對提高效 率、降低能耗具有重要的意義。傳統(tǒng)泉與風(fēng)機葉片，加工工藝粗糖，結(jié)構(gòu)簡單，機械工作時受 流體黏性影響大，甚至影響泉與風(fēng)機穩(wěn)定運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種通過脊狀表面減阻的翼型葉片，減小泉與風(fēng)機運行時 所受流體黏性的影響，減小流動阻力和能量損失，進而提高效率、降低能耗。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明提供一種通過脊狀表面減阻的翼型葉片，用W減少泉與 風(fēng)機運行時的流動阻力和能量損失，包括；"v"型的脊狀結(jié)構(gòu)，脊狀結(jié)構(gòu)之間相對間隔尺寸 a、h和S可根據(jù)實際情況調(diào)整。相比其他多種形狀的脊狀結(jié)構(gòu)，如"U"型"L"型等，"V"型 的脊狀結(jié)構(gòu)內(nèi)二次潤的形成更加穩(wěn)定，產(chǎn)生的能量損耗更小，具有更好的減阻效果。同時， 根據(jù)不同的流速和流體，適當改變相對間隔的尺寸a可W使脊狀結(jié)構(gòu)內(nèi)形成穩(wěn)定的、形狀 和位置基本相同的二次潤，使得送些潤既沒有向外擴散，也無明顯的相互影響，所產(chǎn)生的瑞 流耗散明顯減小，減阻效果明顯。同時，脊狀結(jié)構(gòu)的減阻效果也受流速、流體物性參數(shù)、脊狀 結(jié)構(gòu)尺寸和葉片尺寸等多個因素影響，因此定義無量綱參數(shù)S+和h+。
[000引 = h ·Vt/v，S+ = S ·Vt/v，V, =^]τ"/p，其中h為脊狀結(jié)構(gòu)高度，s為脊狀結(jié)構(gòu) 間距，Vi為壁面摩擦速度，V為流體的運動粘度，為壁面剪切應(yīng)力。
[0006] τ。的計算參考板經(jīng)驗公式
[0007] 式中，
，化簡后既得：
[0008]
[0009] 若無量綱參數(shù)S+和較大，則表明脊狀結(jié)構(gòu)的相對尺寸較大，當流體流速一定時， 會產(chǎn)生較大的壓差阻力和瑞流耗散，減弱減阻效果或增大葉片阻力。因此在本發(fā)明中建議 無量綱參數(shù)S+《30和h+《25,在該范圍內(nèi)能夠達到較好的減阻效果，具體最優(yōu)的脊狀結(jié) 構(gòu)尺寸大小則需根據(jù)葉片實際運行工況中各參數(shù)大小確定。
[0010] 本發(fā)明的非光滑的脊狀結(jié)構(gòu)表面葉片，當氣流流過葉片流道時，在脊狀結(jié)構(gòu)溝谷 內(nèi)部由于受黏性所阻滯產(chǎn)生部分低速流動的氣體，形成了穩(wěn)定的二次潤，產(chǎn)生了機械中"滾 動軸承"的作用，達到了減小黏性阻力的效果。同時，脊狀表面瑞流邊界層近壁面的法向速 度梯度明顯低于光滑表面，從而，脊狀結(jié)構(gòu)的存在減小了壁面上平均速度梯度，使剪切應(yīng)力 減小，達到明顯的減阻效果。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明減小了葉片與氣流間的阻力，具有降低能耗的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0012] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0013] 圖1為不同形狀的脊狀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明脊狀結(jié)構(gòu)表面葉片示意圖；
[0015] 圖3為脊狀結(jié)構(gòu)局部流場示意圖；
[0016] 圖4為脊狀結(jié)構(gòu)單元示意圖；
[0017] 圖5為原翼型葉片二維示意圖；
[0018] 圖6為脊狀表面翼型葉片二維示意圖；
[0019] 圖7為脊狀表面翼型葉片二維局部放大示意圖；
[0020] 圖中；1"流體相對葉片運動方向，2-葉片，3-脊狀結(jié)構(gòu)，4-二次潤。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明
[002引如圖1至圖7, 一種脊狀表面減阻的翼型葉片，在葉片2的表面布置"V型"脊狀結(jié) 構(gòu)3,脊狀結(jié)構(gòu)3的溝槽走向與流體相對葉片運動方向1垂直，其溝槽尺寸特征由槽深K槽 寬S及槽間距a確定，由于該減阻技術(shù)僅適用于奈流狀態(tài)，在葉片表面需將脊狀結(jié)構(gòu)布置于 葉片的中后部，即流體繞流葉片時達到奈流的充分發(fā)展部分。同時，為了使脊狀結(jié)構(gòu)的布置 能夠更好的適應(yīng)葉片本身的流線型，不對葉片的氣動特性產(chǎn)生較大影響，則按如下方法進 行布置：將如圖4所示單個脊狀結(jié)構(gòu)命名為一個單元，經(jīng)過嚴格計算，保證該"V型"單元的 兩邊呈對稱結(jié)構(gòu)且尺寸不隨表面發(fā)展而發(fā)生變化；根據(jù)脊狀結(jié)構(gòu)尺寸的大小將一段連續(xù)脊 狀結(jié)構(gòu)定義為10~50個單元，每個單元之間沿翼型型線方向首尾相接；將整個脊狀結(jié)構(gòu)布 置區(qū)域根據(jù)實際尺寸分為若干個連續(xù)脊狀結(jié)構(gòu)段，每段起點與終點位置由葉片表面的流線 外形坐標位置確定。采用送樣的布置方法既能減小復(fù)雜的脊狀結(jié)構(gòu)在翼型葉片表面均勻連 續(xù)布置的難度，又能使大面積的脊狀結(jié)構(gòu)區(qū)域盡可能充分的適應(yīng)翼型葉片表面的流線型， 不改變?nèi)~片本身設(shè)計的氣動特性。當流體與葉片發(fā)生相對運動時，該脊狀結(jié)構(gòu)表面葉片的 溝槽內(nèi)會因脊狀結(jié)構(gòu)與流場的相互作用，而形成穩(wěn)定的、形狀和位置基本相同的二次潤，送 些潤之間無明顯的相互影響，其在脊狀結(jié)構(gòu)內(nèi)引起的與原流體運動方向相反的回流，造成 脊狀結(jié)構(gòu)內(nèi)黏性阻力的方向與總阻力方向相反，產(chǎn)生的類似機械中"滾動軸承"的作用，可 W減小黏性阻力，產(chǎn)生明顯的減阻效果。更為具體的，為了適應(yīng)不同的流體種類W及葉片結(jié) 構(gòu)，該脊狀表面的布置范圍W及脊狀結(jié)構(gòu)的尺寸特征h、a和S，均可根據(jù)實際應(yīng)用需要進行 調(diào)整和優(yōu)化，w達到更優(yōu)的減阻效果。
【主權(quán)項】
1. 一種脊狀表面減阻的翼型葉片，其特征是：在葉片的表面布置"V"型脊狀結(jié)構(gòu)，脊狀 結(jié)構(gòu)的溝槽走向與流體相對葉片運動方向垂直，其溝槽尺寸特征由槽深、槽寬、及槽間距確 定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脊狀表面減阻的翼型葉片，其特征是：所述"V"型脊狀 結(jié)構(gòu)布置在翼型葉片表面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脊狀表面減阻的翼型葉片，其特征是：所述"V"型脊狀 結(jié)構(gòu)的溝槽走向與流體相對葉片運動方向垂直。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脊狀表面減阻的翼型葉片，其特征是：所述"V"型脊狀 結(jié)構(gòu)的尺寸特征由槽深、槽寬、及槽間距確定，并可根據(jù)實際應(yīng)用需要進行調(diào)整和優(yōu)化，以 達到更優(yōu)的減阻效果。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種脊狀表面減阻的翼型葉片，用以減少泵與風(fēng)機運行時的流動阻力和能量損失，具體指布置在翼型葉片表面的“V”型脊狀結(jié)構(gòu)，脊狀結(jié)構(gòu)之間相對間隔尺寸定為a、h和s，氣流流過葉片流道時，脊狀結(jié)構(gòu)溝谷內(nèi)形成的穩(wěn)定的二次渦，能夠顯著減小黏性阻力。本發(fā)明減小了葉片與氣流間的阻力，具有降低能耗的優(yōu)點。
【IPC分類】F04D29/26, F04D29/18
【公開號】CN105317734
【申請?zhí)枴緾N201410286865
【發(fā)明人】吳正人, 郝曉飛, 李子駿, 戎瑞
【申請人】華北電力大學(xué)（保定）
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2014年6月25日