本书较系统地介绍风洞轴流式风扇的气动设计方法及应用，内容包括风洞用轴流式风扇的特点、基本设计理论、工程设计方法、性能分析和试验测试。重点介绍了目前工程上应用成熟的自由涡和任意涡两种设计方法，并给出了应用实例。此外，作者还依据自身的工程实践对风洞中风扇设计密切相关的问题进行了探讨和说明，包括设计点选取、非设计点性能评估、风扇噪声分析控制及风扇设计新技术、新动态。本书可作为从事管道轴流式风扇空气动力学设
计方向的相关技术人员、教师和研究生参考用书。
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第1章 风洞轴流式风扇概述 121.1 风洞及其动力系统 121.1.1 风洞简介 12
1.1.2 风洞的组成及分类 17
1.1.3 风洞动力系统 23
1.2 轴流式风扇在风洞中的应用 271.2.1 工业风机的分类及其用途简介 27
1.2.2 风机基本结构和主要参数 30
1.2.3 轴流式风扇概述 35
1.2.4 轴流式风扇在风洞中的位置 38
1.2.5 风洞轴流式风扇的特点 39
1.2.6 风洞轴流式风扇系统组成 40
1.2.7 风洞轴流式风扇的几何特性 46
1.2.8 风洞轴流式风扇的主要性能参数 49
1.2.9 轴流式风扇的性能调节方式 49
1.3 轴流式风扇工程设计方法简介 50
第2章 轴流式风扇设计基本理论 532.1 流体力学基本理论 532.1.1 气体的物理属性 53
2.1.2 层流和湍流 63
2.1.3 边界层 65
2.1.4 流动损失 66
2.1.5 一维流动 66
2.1.6 连续方程 68
2.1.7 动量方程 72
2.1.8 气体等熵过程 73
2.1.9 气体动力学函数 74
2.1.10 流体的模型化 74
2.2 基元级 742.2.1 基元级及速度三角形 74
2.2.2 基元级内的气体流动 76
2.2.3 基元级增压原理及叶栅环量关系 78
2.2.4 基元级的反动度 81
2.3 叶栅及其流动特性 832.3.1 叶栅主要几何和气流参数 84
2.3.2 叶栅气动力基本方程式 86
2.3.3 叶栅中的流动损失 87
2.3.4 叶片径向流动特性及参数变化 91
2.4 叶型选择和性能分析 942.4.1 叶型几何和气流参数 94
2.4.2 压心、焦点及俯仰力矩 95
2.4.3 叶型的升力和阻力 96
2.4.4 叶剖面升力与气流偏转 99
2.4.5 叶剖面弯度与气流偏转的匹配 100
2.4.6 叶片干涉 101
2.4.7 叶片尾迹 102
2.4.8 雷诺数对叶型数据的影响 104
2.5 风扇设计的主要影响因素 106
2.6 风扇运行功率预估 1082.6.1 风洞回路损失计算 108
2.6.2 能量比和风扇运行功率 114
2.7 风洞轴流式风扇设计流程 115
第3章 轴流式风扇气动设计 1173.1 总体参数确定 1173.1.1 风扇直径 117
3.1.2 桨毂比 118
3.1.3 风扇转速 119
3.2 转子叶片设计方法-自由涡 1203.2.1 设计假设 120
3.2.2 桨叶上下游的压力关系 121
3.2.3 风扇前后的能量关系 122
3.2.4 桨叶当地的速度大小及方向 124
3.2.5 叶剖面的轴向力与切向力 125
3.3 转子叶片设计——任意涡设计方法 1263.3.1 设计假设 126
3.3.2 桨叶上下游的压力关系 126
3.3.3 旋转系数与入口速度 128
3.3.4 桨叶轴向速度分布 129
3.3.5 止旋片轴向速度分布 130
3.4 导叶设计 1303.4.1 预旋片设计 130
3.4.2 止旋片设计 133
3.5 其他部件设计 1353.5.1 外壳体设计 135
3.5.2 整流罩头罩设计 135
3.5.3 整流罩尾罩设计 135
3.5.4 整流罩和扩压段 137
3.5.5 支撑片设计 138
3.6 风扇段压力损失及效率计算 1383.6.1 桨叶效率 138
3.6.2 导叶损失 141
3.6.3 下游损失 142
3.6.4 风扇系统总效率 144
3.7 风扇气动载荷 1443.7.1 轴向力 144
3.7.2 扭矩 146
3.7.3 切向力 146
3.7.4 头罩及尾罩受力 146
3.8 风扇气动设计流程 1473.8.1 风洞轴流式风扇设计要求 147
3.8.2 风洞轴流式风扇设计流程 147
第4章 风扇气动性能分析及优化 1504.1 相似理论在轴流式风扇设计中的应用 1504.1.1 相似定理 150
4.1.2 相似参数 151
4.1.3 性能相似换算 154
4.1.4 模化设计方法 155
4.2 风扇转子和定子性能分析 1554.2.1 平均速度和压力 156
4.2.2 变转速性能分析 157
4.2.3 变桨距性能分析 158
4.2.4 失速及喘振性能分析 159
4.2.5 转子叶剖面分析 161
4.2.6 转子损失分析 163
4.2.7 叶片间的干涉 164
4.2.8 预旋片分析 166
4.2.9 止旋片分析 167
4.2.10 雷诺数对风扇性能影响 167
4.2.11 真实气体效应对风扇性能影响 168
4.3 设计优化 1704.3.1 风扇部件损失 170
4.3.2 风扇效率 171
4.3.3 无量纲压升 173
4.3.4 设计优化 174
第5章 风扇噪声分析及控制技术 1795.1 轴流风扇噪声的基本概念 1795.1.1 一般声源的数学表达式 180
5.1.2 空气动力性噪声的形成及声源类型 181
5.1.3 轴流风扇噪声 184
5.2 轴流风扇噪声的评价与标准 185
5.3 轴流风扇噪声的估算 1865.3.1 估算方法一 186
5.3.2 估算方法二 187
5.3.3 评估方法三 194
5.4 风扇气动噪声主动降噪方法 1945.4.1 风扇形式及管路设计 194
5.4.2 通道几何参数设计 195
5.4.3 动静叶数目对噪声的影响 198
5.4.4 动、静叶间距对噪声的影响 201
5.4.5 不相等叶片间距对噪声的影响 202
5.4.6 叶片穿孔对噪声的影响 203
5.5 吸声降噪设计 2095.5.1 吸声的主要物理量 209
5.5.2 吸声材料 211
5.5.3 吸声结构 216
5.5.4 风扇降噪设计 223
5.6 风扇噪声测量 2245.6.1 声学测量系统的组成 224
5.6.2 常用测量仪器 228
5.6.3 风扇进出口噪声的测量 230
第6章 风扇内流场数值模拟 2316.1 数值方法 2316.1.1 控制方程 231
6.1.2 求解方法 233
6.1.3 计算域与网格生成 233
6.1.4 计算参数及边界条件 234
6.2 风扇性能预测 2366.2.1 风扇内的流动模拟 237
6.2.2 风扇内部的流场分析 240
6.2.3 动、静叶片间距对风扇性能的影响 241
6.2.4 静叶片后掠对风扇性能的影响 242
6.2.5 静叶片倾斜对风扇性能的影响 242
6.3 风扇气流噪声的数值模拟 2436.3.1 气动噪声模拟方法 244
6.3.2 动、静叶片间距的影响 244
6.3.3 静叶片后掠的影响 245
6.3.4 静叶片倾斜的影响 246
第7章 风扇性能试验及测试 2477.1 力学性能试验 2477.1.1 转子机械运转检查 247
7.1.2 机械不平衡试验 248
7.2 性能试验测试方法及测量装置 2507.2.1 温度测试 250
7.2.2 压力测试 251
7.2.3 流量测试 253
7.2.4 气流噪声 254
7.2.5 转速测试 255
7.2.6 功率测试 256
7.3 主要气动测试数据处理方法 2577.3.1 风扇效率 257
7.3.2 噪声数据 260
第8章 轴流风扇设计实例 2628.1 设计实例一 2628.1.1 设计要求 262
8.1.2 设计主要过程和结果 262
8.1.3 性能测试结果 265
8.2 设计实例二 2678.2.1 设计要求 267
8.2.2 设计主要过程 267
8.2.3 性能测试结果 271
第9章 轴流式风扇设计新技术 2739.1 不等距叶片设计技术 273
9.2 叶片弯掠技术 275
9.3 叶片反设计方法 278
9.4 自动优化设计方法 2799.4.1 叶片参数化 279
9.4.2 数值最优化方法 280
第10章 风扇叶片设计叶型数据 28210.1 转子叶片常用叶型气动性能 28210.1.1 RAF叶型 282
10.1.2 CLARK-Y叶型 284
10.1.3 Gottingen叶型 287
10.1.4 LS叶型 287
10.1.5 双凸叶型 289
10.2 定子叶片常用叶型 29610.2.1 C4叶型 296
10.2.2 圆弧弯板 298
参考文献
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