بررسي اثر تغيير دور بر عملكرد يك فن جريان محوري تك‌مرحله‌اي درون كانال در حضور آرايش نوك پره

Investigating the Effect of Speed Variation on Performance of a Ducted Single-Stage Axial Flow Fan in the Presence of a Blade Tip-Pattern

با تغيير هندسه مناسب روي نوك پره، مي‌توان بهبود قابل ملاحظه‌اي در عملكرد يك فن ايجاد كرد. در اين تحقيق، به بررسي عددي اثر دو آرايش متفاوت نوك پره و تغييرات دور كاركردي فن بر عملكرد آيروديناميكي يك فن جريان محوري درون كانال پرداخته شده است. به‌ منظور اطمينان از روش حل، نتايج تحليل‌هاي عددي با داده‌هاي آزمايشگاهي فن در تونل باد مركز تحقيقات ملخ NACA مقايسه شد. نتايج عددي نشان مي‌دهد كه با اضافه‌كردن شيار مناسب در نوك پره، هر دو ضريب‌هاي فشار و ممان افزايش مي‌يابند؛ اما با توجه به نرخ بيشتر افزايش در ضريب فشار نسبت به ضريب ممان، راندمان آيروديناميكي نيز افزايش محسوسي داشته است. اين افزايش در هر دو طرح مورد بررسي و در تمامي دورهاي كاركرد فن مشاهده شده اما تا سرعت 3000 دور بر دقيقه داراي يك سير صعودي بوده و سپس رو به كاهش گذاشته است. نتايج به‌دست‌آمده تعيين‌كننده بهترين طرح براي آرايش نوك پره است. در واقع ساختار شيار به گونه‌اي است كه باعث به‌دام‌افتادن يك جريان هواي چرخشي با انرژي جنبشي زياد در نوك پره شده و اين گردابه همانند سدي مانع از نشت جريان هوا مي‌شود. در نتيجه اُفت‌هاي ناشي از تركيب جريان نشت‌يافته و جريان عبوري كاهش مي‌يابد. با افزايش دور كاركرد فن، گردابه‌هاي ايجاد‌شده درون شيار نوك پره تقويت شده كه علاوه بر كاهش بيشتر در دبي جريان نشت‌يافته از ناحيه نوك، باعث افزايش اُفت‌هاي ويسكوزيته و توربولانسي در اين ناحيه مي‌شود.

Appropriate changes to the blade tip pattern can effectively improve fan performance. In this research, the effect of two blade tip patterns and speed variation on aerodynamic performance of a ducted axial-flow fan was numerically investigated. In order to ensure the accuracy of the solving method, numerical results were compared with the experimental data from wind tunnel of the NACA Propeller-Research Center. Numerical results show that both the coefficients of pressure and torque increases with the appropriate groove at the tip of the blade. But due to the higher rate of increase in the coefficient of pressure than that of the torque, aerodynamic efficiency has also increased significantly. This increase has been observed in both patterns and in all operational speed of the fan. But, the increase in aerodynamic coefficients had rising trend up to 3000 rpm and, then, declined. The results determine the best pattern for the tip of the blade. In fact, the structure of the groove is such that it traps a rotating airflow with high kinetic energy at the tip, and this vortex, like a barrier, prevents air leakage. This causes reduction in losses due to mixing of the leakage flow and passage flow. With increasing fan rpm, the generated vortexes in tip groov are amplified, which, in addition to a further decrease in the leakage flow rate from the tip region, increases the viscosity and turbulence losses in the area.