无叶风扇出口环形缝隙射流的实验研究与数值分析

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1、ZSTUZhejiangSci-TechUniversity博士学位论文DoctoralDissertation中文论文题目:无叶风扇出口环形缝隙射流的实验研究与数值分析英文论文题目:Experimentalresearchandnumericalanalyseontheoutletannularslotjetofthebladelessfan学科专业：机械设计及理论作者姓名：李虹指导教师：金英子教授完成日期：2018年4月18日浙江理工大学博士学位论文无叶风扇出口环形缝隙射流的实验研宄与数值分析浙江理工大学学位论文独创

2、性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研—究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地，也方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使一用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。．学位论文作者签名：签字曰期：２０１８年６月６曰ｉＩ浙江理工大学博士学位论文无叶风扇出口环形缝隙射流的实验研宄与数值分析学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙

3、江理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江理工大学可以将学位论文的全部或部分、，缩印或．内容编入有关数据库进行检索和传播可以采用影印＾扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：ｉ２０１８６曰签字曰期：年４月彳导师签名：．签字曰期：２０１８年６月６曰ＩＩ一＂＇ｗ浙江理工大学博士学位论文无叶风扇出口环形缝隙射流的实验研究与数值分析无叶风扇出口环形缝隙射流的实验研究与数值

4、分析摘要无叶风扇的问世为风机领域引入了新的吹风机制——环形缝隙射流。因无叶风扇的“空气倍增”特性（上方出风量比下方进气量增加多倍）、湍流研究的重要性，以及中空喷嘴的自由气体环形缝隙射流的研究缺失性及其良好的应用前景，无叶风扇出口环形缝隙射流的研究具有较高的学术及应用价值。本文采用了以热线风速仪测速与通风多参数检测仪测压的两项实验为主、RNGk模型的数值模拟为辅并结合湍流理论研究的方法，在多雷诺数下，对无叶风扇出口环形缝隙射流进行了较为全面系统的研究。本文的目的是通过时均流与湍动流（包括小尺度湍流）在各横截面及沿轴线的各流动

5、参量的剖面，获得无叶风扇出口环形缝隙射流的流动特性、流场结构及射流的完整发展，从中深入研究无叶风扇“空气倍增”的根本内在机理——拟序运动及其演变的规律，阐释了拟序运动对于出口环形缝隙射流各阶段发展所起的具体作用以及湍流场的间歇性状态，此外，以新型的偏心缝隙结构实施对环形缝隙射流的被动控制，并分析雷诺数对流场的影响。通过研究发现了以下流动现象和结论：1．无叶风扇流动特性及拟序运动的研究。无叶风扇的高雷诺数出口环形缝隙射流，经Coanda效应，通过拟序结构的运动而形成了高湍动强度的自由剪切层。因拟序运动，无叶风扇所谓的“空气倍增”

6、由两处卷吸共同实现：一为对出风框前方沿程气体的展向裹入卷吸，二为对出风框后方气体的向前卷吸。本文的模拟中，在出风框前方3m处的出风流量为下方进气量的26.6倍，其中前方沿程气体的带入量为后方气体的2.41倍。后方被卷吸向前的气体，进入了近场区的环形射流的内部，从而使该区域的拟序运动状况对整个流场产生了重要的影响。沿流向，吸入周围流体的展向马蹄涡的尺度及下端缺口均越来越大，上下不对称而水平方向基本对称。因此，无叶风扇的出口流场中，时均速度场、脉动速度场及压力场在垂直方向上均为轴不对称分布，而在水平方向均为基本轴对称分布。环形缝隙

7、射流对外界气体的卷吸整体随雷诺数的增加而增长，而近场环形射流内部的卷吸在总体上却随雷诺数的增加而降低。III浙江理工大学博士学位论文无叶风扇出口环形缝隙射流的实验研究与数值分析2.无叶风扇出口环形缝隙射流的流动结构及小尺度湍流的研究。在近场区的环形射流内部，沿流向，环形缝隙射流对后方气体的向前卷吸逐渐衰变。约在流向0.5d处（d为Coanda面的喉部直径，以出风框的前端面为基准），展向马蹄形涡结构对下方流体的“吸入”开始活跃，沿流向，这种向上的吸入越来越强烈；约至流向1.5d处，上侧大尺度拟序结构使环形射流开始向上合并，下侧流

8、场被“吸入”上侧；同时，流场合并中的拟序运动使剪切层失稳，流向2.2d处小尺度湍流因此被激发得最充分，2.2d之后湍流场随拟序结构的缓慢衰变而衰变；约流向3d处，环形缝隙射流基本完成合并。全流域的时均速度、轴线0.7d～2.2d之间的湍流强度均随雷诺数的增加而增长。湍动能耗散