A Numerical Investigation into the Effect of Blade Trailing-Edge Thickness on the Performance of Axial Fans

• Autorzy: Majcher M. , Wrzesień S. , Frant M. , Omen Ł.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0012.7333

Warianty tytułu

PL

Numeryczna analiza wpływu grubości krawędzi spływu łopatki na charakterystyki wentylatorów osiowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of a numerical investigation into the effect of blade trailing-edge thickness and shape on the performance of a rotor ring model of axial fan. The numerical simulations carried out under this investigation provided the performance characteristics of efficiency, working medium power, and total pressure increase in the function of the volumetric flow rate of the rotor ring. The investigated blade trailing-edge thickness values were 1 mm, 2 mm, and 3 mm. The models for the simulation series were developed with rounded and sharp blade trailing edges, for all thickness values thereof. The rounded trailing blade edges were modelled in the form of an arc over which the conditions of tangency with the upper and lower contours of the airfoil were imposed. The blades of the modelled blade fan were designed with the NACA 65-810 airfoil. To verify the applied turbulence model and mesh settings, experimental tests of the model rotor ring were performed on an axial fan test bed. The obtained experimental data was compared with numerical results. The results showed a significant impact of the thickness and shape of the blade trailing edge on the performance characteristics of axial fans.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki numerycznego badania wpływu grubości i kształtu krawędzi spływu łopatki wirnikowej na charakterystyki pracy modelowego wieńca wirnikowego wentylatora osiowego. W toku symulacji numerycznych uzyskiwano charakterystykę sprawności, mocy oraz przyrostu ciśnienia całkowitego w funkcji objętościowego natężenia przepływu przez wieniec wirnikowy. Przyjęte do analizy grubości krawędzi spływu łopatki wynosiły 1 mm, 2 mm, 3 mm. Modele do serii symulacji numerycznych wykonano dla zaokrąglonych i niezaokrąglonych krawędzi spływu o podanych wyżej grubościach. Zaokrąglone krawędzie spływu odwzorowywano w postaci łuku, na który narzucono warunki styczności do górnego i dolnego obrysu profilu definiującego kształt łopatki. Łopatki modelowego wieńca wirnikowego zbudowano w oparciu o profil NACA 65-810. Na potrzeby sprawdzenia poprawności przyjętego modelu turbulencji oraz ustawień siatki przeprowadzono badania doświadczalne modelowego wieńca wirnikowego na stanowisku do badań wentylatorów osiowych. Uzyskane dane eksperymentalne zestawiono z wynikami numerycznymi. Przedstawione wyniki wykazały istotny wpływ grubości i kształtu krawędzi spływu łopatki wirnikowej na charakterystyki pracy wentylatora osiowego.

Słowa kluczowe

EN

CFD; fluid-flow machines; axial fan characteristics

PL

CFD; maszyny przepływowe; charakterystyka wentylatorów osiowych

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 9, Nr 4 (34)
• Strony: 71--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Majcher M.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, 2 gen. Witolda Urbanowicza St., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Wrzesień S.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, 2 gen. Witolda Urbanowicza St., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Frant M.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, 2 gen. Witolda Urbanowicza St., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Omen Ł.

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, 2 gen. Witolda Urbanowicza St., 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Ansys Fluent 12.0. User’s Guide.
• [2] Ansys. Release 15. Meshing User’s Guide.
• [3] Castegnaro Stefano. 2015. “Effects of NACA 65-blade's trailing edge modifications on the performance of a low-speed tube-axial fan.” Energy Procedia 82 : 965-970.
• [4] Elhadi Eimad, Keqi Wu. 2003. “Numerical simulation and modification of 3D flow phenomena in an axial flow fan”. Task Quarterly 2 : 199-213.
• [5] Emery James, Joseph Herrig, John Erwin, Richard Felix. 1958. “Systematic two-dimensional cascade tests of NACA 65-series compressor blades at low speed”. NACA Technical Report 1368, Langley Field, VA, USA.
• [6] Kazimierski Zbyszko. 2004. Podstawy mechaniki płynów i metod komputerowej symulacji przepływu. Łódź: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej.
• [7] Majcher Maciej, Stanisław Wrzesień, Michał Frant. 2015. The Impact of Mesh Quality and Mesh Adaptation on the Results of Numerical Solution of the Axial Fans. In Summary of Proceedings. NAFEMS World Congress. USA.
• [8] O'Halloran Steve, Petri Hannukainen, Pekka Makkonen, Laurent Meyer, Vinodh Kumar, Michael Krosser. 2015. Fan Modeling Validation Using CFD. In Summary of Proceedings, NAFEMS World Congress. USA.
• [9] Parra Jorge, David Cadrecha, Ezequiel González, Benigno Lázaro. 2016. Trailing Edge Thickness Impact on the Profile Losses of Highly Loaded Low Pressure Turbines Blades. In ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, Volume 2B: Turbomachinery. South Korea.
• [10] Polska Norma PN-EN ISO 5801:2008. Wentylatory przemysłowe - Badanie charakterystyk działania na stanowiskach znormalizowanych. Warszawa: PKN.
• [11] Prosnak Włodzimierz. 1970. Mechanika Płynów. Tom 1. Warszawa: PWN.
• [12] Prust Herman, Ronald Helon. 1972. Effect of Trailing-Edge geometry and Thickness on the Performance of Certain Turbine Stator Blading. NASA Technical Note D-6637. Cleveland, Ohio 44153.
• [13] Rozporządzenie Komisji Unii Europejskiej nr 327/2011 z dnia 30 marca 2011.
• [14] Sahili Ali, Bashar Zogheib, Ronald Barron. 2013. “3-D modeling of axial fans”. Applied Mathematics 4 : 632 -651.
• [15] Tuliszka Edmund. 1976. Sprężarki, dmuchawy i wentylatory. Warszawa: WNT.
• [16] Wen Jabin, He Haibo. 2013. “Numerical simulation and analysis of three dimensional flow field of a counter-rotating fan with various angles”. International Journal of Control and Automation 6(6): 127-138.