CN103062138A - 一种流动分离控制装置 - Google Patents

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黄典贵
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Abstract

本发明涉及一种流动分离控制装置，包括本体和固定于本体前缘适当位置的障碍物，所述障碍物为小圆柱、导流小叶片或活动小叶片；所述的小圆柱、导流小叶片或活动小叶片的特征尺寸是本体的特征尺寸的200~20分之一，所述的小圆柱、导流小叶片或活动小叶片的雷诺数为10~50000。所述的小圆柱、导流小叶片或活动小叶片产生的尾流干扰叶片、车体、船体及所有存在相对运动的运动体的吸力面边界层流动的层流底层，使得流动在分离点前变成湍流，从而抑制流动分离。

Description

一种流动分离控制装置
技术领域
本发明涉及一种流动分离控制装置。
背景技术
叶片是叶轮机械的关键部件，当攻角较大时，容易发生流动分离，从而导致叶片的升力系数降低，阻力系数增大，流动阻塞，对压气机来讲，就会发生喘振现象，流动效率大幅降低。目前控制流动分离的方法有很多，如漩涡发生器方法、局部吹吸气方法、零质量射流、安装襟翼的方法等等。例如零质量射流、吹吸气这类主动控制方法，因需要人为增加运动机构，使得制造及运行成本高而限制了实际应用，例如漩涡发生器或襟翼这类方法，因分离流抑制效果有时不理想而难以普及。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种流动分离控制装置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种流动分离控制装置，包括本体和固定于本体前缘适当位置的障碍物，所述障碍物为小圆柱、导流小叶片或活动小叶片；所述的小圆柱、导流小叶片或活动小叶片的特征尺寸是本体的特征尺寸的200~20分之一，所述的小圆柱、导流小叶片或活动小叶片的雷诺数为10~50000。
上述的本体为叶片、车体、船体或所有存在相对运动的运动体。
上述小圆柱、导流小叶片或活动小叶片的特征尺寸指小圆柱的直径或小叶片弦长，所述本体的特征尺寸指本体的弦长。
上述的小圆柱、导流小叶片或活动小叶片与本体之间的距离d是所述的小圆柱、导流小叶片或活动小叶片的特征尺寸的0.1~2倍。
上述的导流小叶片或活动小叶片的形状是翼型或直板或弧形板。
上述的导流小叶片或活动小叶片的导叶的方向与本体前缘中弧线之间的夹角a为-40°~40°。
上述小圆柱的圆心、导流小叶片或活动小叶片的前缘中心与本体前缘中弧线的距离s为所述的小圆柱、导流小叶片或活动小叶片的特征尺寸的特征尺寸的0~5倍。
作为优选的技术方案：上述活动小叶片是一个活页；活页的方向与该处的气流方向一致。
作为优选的技术方案：上述的活页是带有一定弹性约束力的活页，其转轴上安装一个弹簧，该弹性的扭矩使活动小叶片的转动方向偏向活动小叶片的压力面，对气流有控制作用。
与现有技术相比较，本发明具有如下显而易见的突出实用性特点和显著优点：
本发明的本体前缘加装小圆柱、导流小叶片或活动小叶片，工艺上非常方便，而抑制流动分离的效果非常好。适用于轴流（离心）透平、轴流（离心）压气机、轴流（离心）风机，鼓风机、通风机、压缩机、车、船，机翼。
附图说明
图1本体前缘前安装小圆柱的示意图。
图2本体前缘前安装导流小叶片的示意图。
图3本体前缘前安装活动小叶片的示意图。
图4 本体前缘前安装小圆柱的尺寸关系示意图。
图5 本体前缘前安装导流小叶片或活动小叶片的尺寸关系示意图。
图6 有弹性约束的活页示意图。
图7 18度攻角下压气机叶片流动分离情况。
图8 加前缘小叶片后流动分离抑制状况。
图9图8中加前缘小叶片后的局部放大图。
图10 NACA0012翼型18度攻角下流动分离情况
图11 NACA0012翼型前缘安装小叶片18度攻角下流动分离抑制效果。
图12 NACA0012翼型前缘安装小叶片18度攻角下流动分离抑制效果。
图13 NACA0012翼型前缘安装小叶片的局部放大图。
具体实施方式
    本发明的优选实施例结合附图说明如下：
如图1-图3所示，一种流动分离控制装置，包括本体1和固定于本体1前缘适当位置的障碍物，所述障碍物为小圆柱2、导流小叶片3或活动小叶片4；所述的小圆柱2、导流小叶片3或活动小叶片4的特征尺寸是本体1的特征尺寸的200~20分之一，所述的小圆柱2、导流小叶片3或活动小叶片4的雷诺数为10~50000。
如图4和图5所示，所述的小圆柱2、导流小叶片3或活动小叶片4与本体1之间的距离d是所述的小圆柱2、导流小叶片3或活动小叶片4的特征尺寸的0.1~2倍。
所述的导流小叶片3或活动小叶片4的导叶的方向与本体1前缘中弧线之间的夹角a为-40°~40°。
所述小圆柱2的圆心、导流小叶片3或活动小叶片4的前缘中心与本体1前缘中弧线的距离s为所述的小圆柱2、导流小叶片3或活动小叶片4的特征尺寸的特征尺寸的0~5倍。
如图6所示，所述活动小叶片4是一个活页；活页的方向与该处的气流方向一致。所述的活页是带有一定弹性约束力的活页，其转轴5上安装一个弹簧6，该弹性6的扭矩使活动小叶片4的转动方向偏向活动小叶片4的压力面，对气流有控制作用。
实施例一：
如图2所示，在轴流（离心）压气机、鼓风机、通风机械的叶片前缘偏向吸力面一侧，安装一个小叶片3，弦长为大叶片1弦长的1/30，小叶片3距离大叶片1前缘中弧线的距离s约1倍小叶片弦长，小叶片3与大叶片1前缘距离d为0，图7、图8和图9分别是安装小叶片前后流线的比较，可以看出，安装小叶片后，流动分离抑制的效果非常好。对于压力面可能出现流动分离的工况，在大叶片前缘偏向压力面的一侧也可以安装小叶片，其弦长，位置及角度与吸力面类似。
实施例二：
如图1所示，在水平轴或垂直轴风力机叶片1的前缘，安装大叶片弦长1/30的小圆柱2，它到大叶片1的距离d为小圆柱的直径，与大叶片前缘中弧线距离s为0，图10和图11是安装小圆柱前后的流线图对比，可见安装小圆柱后，分离区被显著抑制。
实施例三：
如图3所示，风力机叶片1的前缘，安装大叶片弦长1/30的小叶片4，它到大叶片1的距离d为小叶片弦长0.5倍，与大叶片前缘中弧线距离s为弦长-0.5倍，图12和图13是安装小叶片后的流线图，可见安装小叶片后，分离区被显著抑制。

Claims (9)

1.一种流动分离控制装置，其特征在于，包括本体（1）和固定于本体（1）前缘适当位置的障碍物，所述障碍物为小圆柱（2）、导流小叶片（3）或活动小叶片（4）；所述的小圆柱（2）、导流小叶片（3）或活动小叶片（4）的特征尺寸是本体（1）的特征尺寸的200~20分之一，所述的小圆柱（2）、导流小叶片（3）或活动小叶片（4）的雷诺数为10~50000。
2.根据权利要求1所述的一种流动分离控制装置，其特征在于，所述的本体（1）为叶片、车体、船体或所有存在相对运动的运动体。
3.根据权利要求1所述的一种流动分离控制装置，其特征在于，所述小圆柱（2）、导流小叶片（3）或活动小叶片（4）的特征尺寸指小圆柱的直径或小叶片弦长，所述本体（1）的特征尺寸指本体（1）的弦长。
4.根据权利要求1所述的一种流动分离控制装置，其特征在于，所述的小圆柱（2）、导流小叶片（3）或活动小叶片（4）与本体（1）之间的距离d是所述的小圆柱（2）、导流小叶片（3）或活动小叶片（4）的特征尺寸的0.1~2倍。
5.根据权利要求1所述的一种流动分离控制装置，其特征在于，所述的导流小叶片（3）或活动小叶片（4）的形状是翼型或直板或弧形板。
6.根据权利要求1所述的一种流动分离控制装置，其特征在于，所述的导流小叶片（3）或活动小叶片（4）的导叶的方向与本体（1）前缘中弧线之间的夹角a为-40°~40°。
7.根据权利要求1所述的一种流动分离控制装置，其特征在于，所述小圆柱（2）的圆心、导流小叶片（3）或活动小叶片（4）的前缘中心与本体（1）前缘中弧线的距离s为所述的小圆柱（2）、导流小叶片（3）或活动小叶片（4）的特征尺寸的特征尺寸的0~5倍。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种流动分离控制装置，其特征在于，所述活动小叶片（4）是一个活页；活页的方向与该处的气流方向一致。
9.根据权利要求8所述的一种流动分离控制装置，其特征在于，所述的活页是带有一定弹性约束力的活页，其转轴（5）上安装一个弹簧（6），该弹性（6）的扭矩使活动小叶片（4）的转动方向偏向活动小叶片（4）的压力面，对气流有控制作用。
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PB01 Publication
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