防霜風(fēng)機(jī)擾動(dòng)氣流特性研究與翼型優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、基于逆溫層強(qiáng)制混流的高架防霜風(fēng)機(jī)，在茶果園中逐漸得到應(yīng)用。其擾動(dòng)氣流特性決定了防霜性能的優(yōu)劣，并為防霜風(fēng)機(jī)翼型設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文在農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“茶園綜合作業(yè)機(jī)械化技術(shù)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(fēng)機(jī)的擾動(dòng)氣流特性;試驗(yàn)對(duì)比研究其防霜風(fēng)機(jī)的擾動(dòng)氣流特性和防霜效果，確定研發(fā)的目標(biāo)葉片;通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，基于Profili軟件平臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種凹凸翼型;最后對(duì)凹凸翼型防霜風(fēng)機(jī)的擾動(dòng)氣流性能進(jìn)行仿真和

2、試驗(yàn)研究。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)防霜風(fēng)機(jī)擾動(dòng)氣流特性分析
　　在圓弧板和翼型葉片的防霜風(fēng)機(jī)典型安裝條件下，基于自由射流理論，分析了防霜風(fēng)機(jī)擾動(dòng)氣流在防霜對(duì)象冠層高度的分布特性。結(jié)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(fēng)機(jī)擾動(dòng)氣流入射點(diǎn)的風(fēng)速、風(fēng)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(fēng)機(jī)葉輪產(chǎn)生的射流核心距離均遠(yuǎn)

3、小于射流的起始距離，在農(nóng)作物冠層的作用范圍均處于射流的主體區(qū)域;擾動(dòng)氣流特性與葉片形狀密切相關(guān)。
　　(2)圓弧板和翼型葉片防霜風(fēng)機(jī)擾動(dòng)氣流特性對(duì)比試驗(yàn)研究
　　對(duì)古田、松下及國產(chǎn)三種圓弧板葉片防霜風(fēng)機(jī)和NACA8H-12翼型葉片防霜風(fēng)機(jī)進(jìn)行擾動(dòng)氣流特性及防霜效果的對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明:三種圓弧板葉片防霜風(fēng)機(jī)在中軸線各段間的風(fēng)速無明顯差異，最大風(fēng)速均在中軸線12m處測得，最大風(fēng)速分別為:3.6、4.0、4.6m/s; NACA

4、8H-12翼型葉片防霜風(fēng)機(jī)最大風(fēng)速在42m處測得，為4.9m/s;與自由射流理論分析結(jié)果相比，試驗(yàn)測得的最大風(fēng)速位置及氣流寬度與自由射流理論分析結(jié)果相近，而最大風(fēng)速高于射流理論分析的入射中心風(fēng)速;三種圓弧板葉片防霜風(fēng)機(jī)在12m處的風(fēng)速穩(wěn)定性分別為61.6％、56.4％、71.7％;NACA8H-12翼型葉片防霜風(fēng)機(jī)在42m處的風(fēng)速穩(wěn)定性為75.0％。
　　利用灰度關(guān)聯(lián)分析法，從最大風(fēng)速、風(fēng)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(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果表明翼型葉片防霜風(fēng)機(jī)較其他三種防霜風(fēng)機(jī)性能更優(yōu)，防霜效果更好。
　　(3)防霜風(fēng)機(jī)凹凸翼型優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　分別對(duì)NACA5412、NACA8H-12、N631A612三種翼型進(jìn)行氣動(dòng)性能分析，確定用于優(yōu)化設(shè)計(jì)的初始翼型;基于Profili翼型設(shè)計(jì)平臺(tái)，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，對(duì)初始翼型進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明:上翼面外凸，下翼面內(nèi)凹的翼型升力更高、升阻比更大，更適合防霜風(fēng)機(jī)葉輪產(chǎn)生強(qiáng)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(shù)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(shí)，升力系數(shù)提高了15.48％，升阻比提高了8.34％;攻角α在-4～13°范圍內(nèi)最大升力系數(shù)由1.46提高到1.65。
　　(4)優(yōu)化翼型防霜風(fēng)機(jī)擾動(dòng)氣流性能研究
　　在優(yōu)化翼型的基礎(chǔ)上，對(duì)防霜風(fēng)機(jī)的擾動(dòng)氣流性能進(jìn)行數(shù)值模擬，并進(jìn)行田間測試。仿真結(jié)果表明

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