防霜風機擾動氣流特性研究與翼型優(yōu)化設計.pdf

1、基于逆溫層強制混流的高架防霜風機，在茶果園中逐漸得到應用。其擾動氣流特性決定了防霜性能的優(yōu)劣，并為防霜風機翼型設計提供依據。本文在農業(yè)部公益性行業(yè)科研專項“茶園綜合作業(yè)機械化技術與裝備研究”的資助下，引入自由射流理論分析兩類不同葉片的防霜風機的擾動氣流特性;試驗對比研究其防霜風機的擾動氣流特性和防霜效果，確定研發(fā)的目標葉片;通過正交試驗設計，基于Profili軟件平臺優(yōu)化設計出一種凹凸翼型;最后對凹凸翼型防霜風機的擾動氣流性能進行仿真和

2、試驗研究。主要的研究內容和結果如下:
　　(1)防霜風機擾動氣流特性分析
　　在圓弧板和翼型葉片的防霜風機典型安裝條件下，基于自由射流理論，分析了防霜風機擾動氣流在防霜對象冠層高度的分布特性。結果表明:在距離地面1m高度平面上，圓弧板葉片和翼型葉片防霜風機擾動氣流入射點的風速、風量和射流直徑分別為2.63m/s、20.6m3/s、14.8m和2.4m/s、1961.82m3/s、88.9m。兩類風機葉輪產生的射流核心距離均遠

3、小于射流的起始距離，在農作物冠層的作用范圍均處于射流的主體區(qū)域;擾動氣流特性與葉片形狀密切相關。
　　(2)圓弧板和翼型葉片防霜風機擾動氣流特性對比試驗研究
　　對古田、松下及國產三種圓弧板葉片防霜風機和NACA8H-12翼型葉片防霜風機進行擾動氣流特性及防霜效果的對比試驗。結果表明:三種圓弧板葉片防霜風機在中軸線各段間的風速無明顯差異，最大風速均在中軸線12m處測得，最大風速分別為:3.6、4.0、4.6m/s; NACA

4、8H-12翼型葉片防霜風機最大風速在42m處測得，為4.9m/s;與自由射流理論分析結果相比，試驗測得的最大風速位置及氣流寬度與自由射流理論分析結果相近，而最大風速高于射流理論分析的入射中心風速;三種圓弧板葉片防霜風機在12m處的風速穩(wěn)定性分別為61.6％、56.4％、71.7％;NACA8H-12翼型葉片防霜風機在42m處的風速穩(wěn)定性為75.0％。
　　利用灰度關聯分析法，從最大風速、風速穩(wěn)定性、平均溫升幅度、噪聲水平、單位功率

5、防霜面積5個指標進行綜合評價，評價結果表明翼型葉片防霜風機較其他三種防霜風機性能更優(yōu)，防霜效果更好。
　　(3)防霜風機凹凸翼型優(yōu)化設計
　　分別對NACA5412、NACA8H-12、N631A612三種翼型進行氣動性能分析，確定用于優(yōu)化設計的初始翼型;基于Profili翼型設計平臺，采用正交試驗設計方法，對初始翼型進行優(yōu)化。優(yōu)化結果表明:上翼面外凸，下翼面內凹的翼型升力更高、升阻比更大，更適合防霜風機葉輪產生強氣流推力的

6、要求;翼型最大彎度的增大，翼型最大彎度位置的后移及翼型最大厚度位置的前移，可有效提高翼型的升力系數及升阻比的大小，并改善翼型的失速性能;優(yōu)化翼型與初始翼型相比，攻角α=5°時，升力系數提高了15.48％，升阻比提高了8.34％;攻角α在-4～13°范圍內最大升力系數由1.46提高到1.65。
　　(4)優(yōu)化翼型防霜風機擾動氣流性能研究
　　在優(yōu)化翼型的基礎上，對防霜風機的擾動氣流性能進行數值模擬，并進行田間測試。仿真結果表明

7、:葉輪擾動產生的氣流在地面的入射中心位于距風機20～40m范圍內，氣流在其入射中心處風速最大，然后貼著地面呈鴨梨狀向前擴散;擴散過程中，部分氣流發(fā)生折射;風速隨距離的增加而減小。田間測試結果表明，試驗風速變化趨勢與仿真結果類似;新翼型防霜風機的氣流射程為95m左右，最大風速為3.2m/s;擾動氣流覆蓋面積高于NACA8H-12風機。
　　本文通過理論分析、仿真優(yōu)化和試驗，設計開發(fā)了一種具有更高擾動氣流特性的防霜風機新翼型，該翼型葉