[實用新型]一種脊狀表面減阻的翼型葉片

有效

• 申請號: 201420340538.2
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN203906376U
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 吳正人;郝曉飛;李子駿;戎瑞
• 申請（專利權）人: 華北電力大學(保定)
• 主分類號: F04D29/18
• 分類號: F04D29/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于泵與風機減阻增效節能領域，具體指一種以非光滑脊狀結構表面來達到減阻節能效果的葉片。

背景技術

泵與風機類流體機械，其在國民生產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、引風機作為發電廠重要的輔助設備，其耗電量約占廠用電的30％。對于泵與風機等旋轉流體機械而言，因流體黏性而產生的摩擦作用，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，此外因黏性引發的邊界層分離、二次流等現象，都會引起泵與風機的流動損失。盡可能地減少流體在泵與風機內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。傳統泵與風機葉片，加工工藝粗糙，結構簡單，機械工作時受流體黏性影響大，甚至影響泵與風機穩定運行。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種通過脊狀表面減阻的翼型葉片，減小泵與風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。

為達到上述目的，本實用新型提供一種通過脊狀表面減阻的翼型葉片，用以減少泵與風機運行時的流動阻力和能量損失，包括：“V”型的脊狀結構，脊狀結構之間相對間隔尺寸可根據實際情況調整。相比其他多種形狀的脊狀結構，如“U”型“L”型等，“V”型的脊狀結構內二次渦的形成更加穩定，產生的能量損耗更小，具有更好的減阻效果。同時，根據不同的流速和流體，適當改變相對間隔的尺寸可以使脊狀結構內形成穩定的、形狀和位置基本相同的二次渦，使得這些渦既沒有向外擴散，也無明顯的相互影響，所產生的湍流耗散明顯減小，減阻效果明顯。同時，脊狀結構的減阻效果也受流速、流體物性參數、脊狀結構尺寸和葉片尺寸等多個因素影響，具體最優的脊狀結構尺寸則需根據葉片實際運行工況中各參數大小確定。

本實用新型的一種脊狀表面減阻的翼型葉片，當氣流流過葉片流道時，在脊狀結構溝谷內部由于受黏性所阻滯產生部分低速流動的氣體，形成了穩定的二次渦，產生了機械中“滾動軸承”的作用，達到了減小黏性阻力的效果。同時，脊狀表面湍流邊界層近壁面的法向速度梯度明顯低于光滑表面，從而，脊狀結構的存在減小了壁面上平均速度梯度，使剪切應力減小，產生明顯的減阻效果。

與現有技術相比，本實用新型可有效減小葉片與氣流間的阻力，具有降低能耗的優點。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。

圖1為不同形狀的脊狀結構示意圖；

圖2為本實用新型脊狀結構表面葉片示意圖；

圖3為脊狀結構局部流場示意圖；

圖4為脊狀結構單元示意圖；

圖5為原翼型葉片二維示意圖；

圖6為脊狀表面翼型葉片二維示意圖；

圖7為脊狀表面翼型葉片二維局部放大示意圖；

圖中：1-流體相對葉片運動方向，2-葉片，3-脊狀結構，4-二次渦。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步說明

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”脊狀結構3，脊狀結構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h、槽寬s及槽間距a確定，由于該減阻技術僅適用于紊流狀態，在葉片表面需將脊狀結構布置于葉片的中后部，即流體繞流葉片時達到紊流的充分發展部分。同時，為了使脊狀結構的布置能夠更好的適應葉片本身的流線型，不對葉片的氣動特性產生較大影響，則按如下方法進行布置：將如圖4所示單個脊狀結構命名為一個單元，經過嚴格計算，保證該“V型”單元的兩邊呈對稱結構且尺寸不隨表面發展而發生變化；根據脊狀結構尺寸的大小將一段連續脊狀結構定義為10～50個單元，每個單元之間沿翼型型線方向首尾相接；將整個脊狀結構布置區域根據實際尺寸分為若干個連續脊狀結構段，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。采用這樣的布置方法既能減小復雜的脊狀結構在翼型葉片表面均勻連續布置的難度，又能使大面積的脊狀結構區域盡可能充分的適應翼型葉片表面的流線型，不改變葉片本身設計的氣動特性。當流體與葉片發生相對運動時，該脊狀結構表面葉片的溝槽內會因脊狀結構與流場的相互作用，而形成穩定的、形狀和位置基本相同的二次渦，這些渦之間無明顯的相互影響，其在脊狀結構內引起的與原流體運動方向相反的回流，造成脊狀結構內黏性阻力的方向與總阻力方向相反，產生的類似機械中“滾動軸承”的作用，可以減小黏性阻力，產生明顯的減阻效果。更為具體的，為了適應不同的流體種類以及葉片結構，該脊狀表面的布置范圍以及脊狀結構的尺寸特征h、a和s，均可根據實際應用需要進行調整和優化，以達到更優的減阻效果。