為了改進和提高軸流 風機 的性能 ,用計算流體力學 (CFD)方法 設計 了系列 風機用翼型 ,并對其中部分翼型和風機行業(yè)原來采用的翼型CLARK -Y和RAF-6E在風洞中以及用于風機 后在風機試驗臺上進行了對比試驗。試驗結果表明 ,新設計的翼型 ,氣動性能高于原有的翼型 ,采于新 翼型的風機 ,效率和噪聲性能高于原有 翼型的風機 。 　

　　軸流風機葉輪的氣動性能是決定風機性能好壞的主要因素，而葉輪葉片的剖面形狀(翼型)又是決定風機性能的關鍵。有關文獻中已有許多種翼型，其中最先進的莫過于航空上使用的飛機機翼翼型；其它領域或行業(yè)對翼型的研究沒有投入或投入較少，常常參照采用航空用翼型。但是，由于使用條件，特別是雷諾數的差異太大，簡單采用航空的已有翼型作為風機葉輪葉片形狀，并不能充分發(fā)揮翼型的最佳作用。因此，我們采用航空科學上的先進氣動設計分析技術，針對風機的使用條件，設計出系列風機專用翼型，經過風洞試驗驗證，新翼型的性能高于原有翼型。用同樣的風機設計方法，而葉輪剖面采用兩種不同的翼型——新翼型和原有翼型設計風機，在風機試驗臺上進行對比試驗，結果表明采用新翼型的風機效率高于原有翼型。

1　翼型氣動設計

　　在風機使用條件下，體現(xiàn)空氣粘性影響的雷諾數比較低，葉片通常在低速(低馬赫數)、高升力系數下運行。根據我們的經驗，選定風機用翼型的設計條件如表1所示。

表1

雷諾數 0.48×10 6 馬赫數 0.15 升力系數 0.7 0.6 0.6 0.55 0.5 翼型相對厚度 12～11 11～10 10～9 9～8 8～6 　　

　　考慮到使用雷諾數比較低，因此，有可能要求新設計翼型翼面上保持較長的層流段，以便降低阻力，提高升阻比。但是，過長的層流段，會使翼型在非設計狀態(tài)下的性能迅速變壞。因此，我們規(guī)定50%層流段作為設計目標。

　　 由于設計升力系數為0.5～0.7，其數值比較大；為了使翼型上、下翼面都保持較長的層流段，翼型必須具有適當的彎度，才能獲得有利的翼面壓力分布，有利于保持層流流動。

　　 根據對翼型相對厚度的要求，利用我們開發(fā)的CFD翼型設計程序TD2D和翼型分析程序NPUTL2D等 ［1～4］ ，設計了系列高性能翼型。這些翼型分為不同的族，例如其中一族編號為FJZX06～FJZX12。

表2

 

　　為了風洞試驗驗證對比，我們從一族新設計翼型中選出FJZX08、FJZX10和FJZX12三個翼型，其參數見表2，還選用了兩個常用翼型CLARK-Y(相對厚度為11.7%)和RAF-6E(相對厚度10.2%)，一共加工了5個翼型模型進行風洞試驗，各翼型形狀如圖1所示。

2　風機氣動設計

　　風機設計是采用我們開發(fā)的以孤立翼型法為基礎，借鑒和吸收風洞風扇與飛機螺旋槳的設計思想和方法的風機工程設計系統(tǒng)進行設計的。

　　 設計的主要參數為：介質為空氣，氣體常數R=288.5J/kg 。 K，絕熱指數k=1.4，進口絕對壓力P=101325Pa，進口溫度T 1 =20℃，進口密度ρ=1.2kg/m3 ，轉速n=1450r/min，流量Q=7090m3/h，全壓P=124.6Pa，葉輪直徑D t =0.5m，葉片數z=6。

　　 考慮到風機直徑較小，采用變環(huán)量設計，所以計算中取環(huán)量指數α=0.5，效率η=0.8，升力系數采用由根部到梢部逐漸減小，線性變化。

　　 為了進行對比，設計中有關參數的選取原則是保證具有相同的作功能力，即兩個葉輪產生相同的壓力和流量。計算的主要結果(由根部到梢部的變化范圍)為：葉片安裝角β A =53°～20°；葉片弦長b=0.09～0.085m；葉片相對厚度 c=11%～7%。

3　翼型風洞試驗

3.1　風洞與測試設備

　　翼型實驗是在西北工業(yè)大學F-3風洞中進行的。該風洞為一低速二元直流閉口式風洞，實驗段尺寸為2.9×0.2×2m，橫截面為矩形，風洞收縮比為14.4，空風洞最大風速55m/s，實驗段氣流原始紊流度約為0.29%，風洞最大有效雷諾數為1.8×10 6 ，本次實驗諸翼型所做的基于翼剖面弦長的實驗雷諾數Re為6.5×10 5 、9.7×10 5 、1.3×10 6 。
　　 壓力與尾跡測量采用微機控制的多管壓力計光電巡回檢測系統(tǒng)。

3.2　實驗模型

　　實驗模型為木質結構，弦長470mm，展長200mm。模型上下表面中間剖面(包括前、后緣)共開有34個孔，孔徑?0.6～0.7mm，用軟塑料管與橡膠管通過過渡接頭與多管壓力計相連。

3.3　實驗方法

　　翼型的迎角變化范圍為-4°開始至失速以后若干迎角為止。在最小迎角附近和大迎角時變化間隔為0.5°或1°，其余一般為2°，通過翼型表面壓力分布測量并積分計算出翼型的升力系數C L ，與繞1/4弦線處的俯仰力矩系數C M ，通過測量模型尾跡區(qū)的總壓分布與靜壓，根據動量定理計算翼型的阻力系數C D 。

3.4　實驗數據處理

　　由所測量的翼型表面的靜壓以及尾流區(qū)的靜壓和總壓，求出翼型表面的法向力系數和弦向力系數，再由法向力系數和弦向力系數最后求出升力系數、阻力系數和力矩系數。

3.5　實驗結果與分析

3.5.1　實驗結果
　　 圖2為各翼型的C L ～C D 曲線，圖3為各翼型的C L /C D ～C L 曲線，圖4為FJZX10翼型理論計算升阻比與風洞實驗升阻比比較，圖5為FJZX10翼型設計計算的壓力分布與實驗壓力分布的比較。

　　 (1)阻力　由圖2可見，F(xiàn)JZX12的最小阻力系數比CLARK—Y略小。而FJZX10的最小阻力系數比RAF-6E的小很多。

　　 (2)升阻比　由圖3和表3、表4可見，在設計升力系數(C L ≤0.7)時，F(xiàn)JZX12的升阻比比CLARK-Y的略大，而且前者的翼型相對厚度還略大于后者。FJZX10的升阻比比RAF—6E的大得多。
　　 從以上兩點說明，新設計的翼型性能比原有翼型的性能好。
　　 FJZX10翼型分析計算預估升阻比與風洞實驗結果的升阻比表示在圖4中，兩者比較符合。

　　 (3)翼面壓力分布　FJZX10翼型設計計算的翼面壓力分布與實驗結果基本符合，見圖5。翼型上表面后緣附近的壓力的實驗值與計算值有差異，估計是洞壁附面層的影響。

　　 針對風機使用條件設計的新翼型，其性能高于選用現(xiàn)成的翼型，其增量可達(20～40)%�！　�

表3　升阻比比較

風速

(m/s)

最大升阻比K max CLARK-Y FJZX12 增減百分數(%) RAF—6E FJZX10 增減百分數(%) 20 74.2 71.0 -4.3 61.9 78.3 26.5 30 100.9 104.3 3.4 82.8 117.4 41.8 40 90.4 114.3 26.4 90.9 119.1 31.0

表4

風速
(m/s) 設計升力系數C L =0.7下的升阻比 設計升力系數C L =0.6下的升阻比 CLARK-Y FJZX12 增減百分數(%) RAF—6E FJZX10 增減百分數(%) 20 69 71 2.9 59 72 28.8 30 97 98 1.03 72 101 40.3 40 88 92 4.55 80 106 32.5 4　風機性能試驗

4.1　風機試驗臺與測試儀器

　　風機試驗臺符合國標的風管式進氣試驗裝置，風管直徑D=0.504m，其進氣集流器為圓弧形。
　　 測量各有關參數所用儀器為：壓力用補償微壓器，大氣壓用無汞大氣壓力計，功率用功率表，轉速用光電轉速表，噪聲用精密噪聲儀。所用上述儀器儀表均經計量部門檢定合格并在檢定有效日期內使用，其精度符合GB1236—85及有關標準規(guī)定。

4.2　試驗模型

　　試驗用風機葉輪兩個(按同一方法設計而選用不同翼型)，用鋁合金鑄造。電機和風筒為同一個，電機型號為YSF—7124，轉速n=1400r/min，功率N=0.37kW。

4.3　試驗方法

　　風機的空氣動力性能試驗按照GB1236－85《通風機空氣動力性能試驗方法》進行，噪聲性能按照GB28888—82《風機和羅茨鼓風機噪聲測量方法》進行，采用風機出氣口噪聲測量方法測量噪聲，進口集流器測量流量，兩瓦特表法測量功率。在與風機出口軸線45°距出口中心1m處測量A聲級。

4.4　實驗數據處理

　　氣動性能按GB1236—85中公式，比A聲級按GB2888—82中公式編程后在計算機上進行計算和核算處理。

4.5　實驗結果及分析

4.5.1　實驗結果

　　風機性能(含噪聲)曲線見圖6。

4.5.2　結果分析

　　由圖6可知，在標準狀態(tài)參數及工作轉速下，當風機流量為設計流量Q=7090m 3 /h時，F(xiàn)JZX新翼型葉輪與原有CLARK-Y翼型葉輪相比,可以裝在屋頂的風機，效率提高了8%，噪聲降低了3dB，此時的壓力增加了10Pa。

5　結論

　　(1)針對風機使用條件設計的新翼型，經翼型風洞試驗和用于風機葉片剖面風機試驗臺試驗表明，新翼型性能高于所選用的現(xiàn)有翼型。

　　 (2)所使用的翼型設計分析方法和風機設計系統(tǒng)能可靠地設計出針對使用條件的新翼型和滿足用戶使用要求的新風機。

 

參 考 文 獻

［1］　張仲寅，楊新鐵，Laschka B.超臨界翼型設計.飛機雜志(美國)，1988
［2］　華俊等.NPU翼型的氣動力分析和改進設計.航空學報，1989
［3］　華俊等.一種跨音速翼型設計方法及設計諸例.空氣動力學學報，1990
［4］　張勇.氣動外形光順及其對氣動力數值模擬效果的影響.航空學報，1993

       風機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，它是一種從動的流體機械。
離心風機廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻；鍋爐和工業(yè)爐窯的通風和引風；空氣調節(jié)設備和家用電器設備中的冷卻和通風；谷物的烘干和選送；風洞風源和氣墊船的充氣和推進等。

離心風機的工作原理與透平壓縮機基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。

離心風機歷史
風機已有悠久的歷史。中國在公元前許多年就已制造出簡單的木制礱谷風車，它的作用原理與現(xiàn)代離心風機基本相同。1862年，英國的圭貝爾發(fā)明離心風機，其葉輪、機殼為同心圓型，機殼用磚制，木制葉輪采用后向直葉片，效率僅為40％左右，主要用于礦山通風。1880年，人們設計出用于礦井排送風的蝸形機殼,負壓風機降溫方案，和后向彎曲葉片的離心風機，結構已比較完善了

中國作為一個工業(yè)制造大國，重工業(yè)的發(fā)展仍舊占據重要的經濟地位。而工業(yè)鍋爐生產工藝作為重工業(yè)產品工藝流程的重要一部分，也由此受關注。

工業(yè)鍋爐的溫度？

你可知道，一個鍋爐內裝的液體溫度有多高？800度到1200度！這些溫度，可以將人都融化掉。所以，為了降低鍋爐高溫對人體的傷害，許多工業(yè)鍋爐使用廠家都會選購排熱散熱鼓風機以保障可靠地操作。

高溫工業(yè)鍋爐有哪些？

■連續(xù)加熱爐

■箱式爐

■帶懸掛爐

■時效爐

■井式爐

■高對流爐

■推桿爐

■輥底爐

■步進梁式加熱爐

?哪些進口風機適用于工業(yè)鍋爐散熱？

利用工業(yè)散熱風機，尤其是進口風機，如意大利風機法拉利、美國雙城風機、瑞士的奧斯博格風機等，在處理工業(yè)爐產生的熱量方面都有明顯的優(yōu)勢。它們能夠幫助熱氣順利過渡，從而讓鍋爐各處擁有更均勻的能量。

?鍋爐風機設計應注意什么？

適用于工業(yè)鍋爐的工業(yè)風機，即鍋爐風機，必須要采用細節(jié)性的智能解決方案。盡可能使風機電機的溫度達到800度，且在預計壽命范圍內，盡量讓客戶減少更換電機的頻率。這也要求，風機制造商要設計特殊可靠的風機，如適用于1200度溫度的極端鍋爐風機。

通常情況下，這些鍋爐風機必須要包括以下幾個部件：

水冷電機

水冷式絕緣盒

在緊急情況下，緊急斷開高溫冷卻

建立氣密模型

采用特殊電機軸（如鉻鎳鐵合金600）

使用雙速電機，降低電機的高溫

?鍋爐風機安裝需注意什么？

因為工業(yè)鍋爐高溫，在安裝時必須要注意避免熱氣對安裝人員的傷害。建議，將一個圓形或直角的法蘭作為“插件”，直接介入鍋爐的頂部或側壁，從而減少散熱危害。許多廠商的鍋爐生產也將得益于這種特殊的設計。

同時，為了降低專用高爐氣溫，降低熱氣損失，可以給電機和軸承安裝一個絕緣箱。而且，如果可以，還需減小體積，提高安裝的方便度。這也是許多進口風機熱衷于設計適應力比較強的電機耦合、風機葉輪和驅動皮帶的原因。

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　　傳統(tǒng)上凍干周期的確定基本是依賴于經驗和多次試驗的結果，其科學性和效率很難保證。目前國際上一些大的藥廠和專業(yè)公司開始致力于可控的、可驗證的凍干周期的研究，這種技術并不需要增加任何添加劑，其核心優(yōu)點在于通過精確控制冰晶體的尺寸，凍干產品的孔徑等來降低干燥時間。

　　通過對預凍速率的控制，可以在所有樣品范圍內對冰晶體的形成進行控制，而良好的冰晶體結構可以使得凍干過程尤其是第一階段升華的時間大大縮短。是美國禮來大藥廠對某產品西林瓶凍干的研究實例，事實證明，完全可以建立一個可控的模型來達到對孔徑的精確控制，從而使初級干燥的時間縮短一半。同時，凍干后產品的殘水含量，溶解性，成形性均非常均一。

　　對凝固過程的精確控制還可以將易發(fā)生變化的生物活性物質的活性損失降到最低�？煽乩鋬鲆允拐麄�凍干過程置于嚴格控制之下，凍干終點的判定難題也自然迎刃而解。

　　無托盤凍干或一次性托盤代替不銹鋼托盤凍干散料凍干常規(guī)上一直使用不銹鋼托盤做為物料的凍干容器，不銹鋼托盤的使用帶來一系列的問題：不銹鋼托盤本身平整度的問題導致與擱板接觸不充分，換熱效率低，這一問題在托盤長期使用變形后顯得尤其突出；不銹鋼托盤的清洗，消毒非常繁瑣；出料不便，尤其是借助不銹鋼工具出料時產生金屬顆粒的問題；托盤與擱板的磨擦對擱板的光潔度產生一定的破壞作用并可能產生金屬顆粒。

　　目前，國際上許多藥廠開始使用無菌膜來代替不銹鋼托盤。基本的方法是使用雙層包裝的無菌薄膜，在無菌間里將無菌薄膜通過特殊的夾子固定在不銹鋼框架上，產品則加入無菌薄膜。其優(yōu)點是：無菌薄膜在物料重力的作用下，可以完全與擱板接觸，避免了不銹鋼托盤同時與擱板接觸不充分，換熱效率低的問題；免去了托盤的清洗，滅菌過程；出料方便，完全，不易起塵；無菌薄膜可以反復使用,平面式負壓風機。

　　目前，天利集團科技有限公司正在國內推廣這種技術并已經被一些制藥企業(yè)采用，取得了不錯的效果。

　　另外，國際上還出現(xiàn)了一種使用拋棄型凍干托盤的方法。這種拋棄型凍干托盤使用基于塑料的材料，為一次性使用，避免繁瑣的清洗，滅菌過程。另外，這種托盤還有一個獨特的優(yōu)點：整個托盤由隔離膜覆蓋。一方面，該膜可以使水分子自由通過；另一方面，隔離膜又可以防止產品飛出及潛在的交叉污染。使用這種一次性托盤，盡管托盤本身的成本比較高，但能克服使用開放式的不銹鋼托盤所帶來的一系列副作用，如產品在凍干機內及工藝區(qū)里的飛揚、以及由此導致的收率的損失、工作人員及產品的暴露危險、大量的清潔及清洗工作等都可以得到避免，從而大大降低了凍干生產的隱性成本。

　　整合的凍干生產線為了盡可能的減少潔凈間內的操作人員，從而產生更好的無菌安全性，降低運行費用，以為代表的國際上大的凍干設備供應商開始向高端客戶提供整合的凍干生產線方案所示。

　　所謂整合的凍干生產線，是包括凍干機以及與之配套的自動進出料系統(tǒng)（分為固定式和移動式），轉運系統(tǒng)（層流轉運車，緩沖車，流水線），隔離系統(tǒng)，以及從西林瓶清洗到滅菌分裝，半壓塞和軋蓋，檢重裝置。整合的凍干生產線的提供，使整個凍干生產的自動化程度大為提高，可重復性和可控性也大大提高了。更重要的是，由于操作人員的減少，無菌控制更加完美，特殊產品生產時的人員保護更加安全了。目前，國際上能夠進行整合凍干生產線生產的企業(yè)并不多。

　

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