一種防霜機(jī)圓弧板葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種防霜機(jī)圓弧板葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明專利技術(shù)基于防霜機(jī)圓弧板葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對經(jīng)風(fēng)機(jī)相似設(shè)計(jì)后確定回轉(zhuǎn)直徑與轉(zhuǎn)速的葉片進(jìn)行正交試驗(yàn)與CFD仿真計(jì)算，分別建立功率、風(fēng)量、風(fēng)壓與各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)而確定參數(shù)最優(yōu)組合。具體為：設(shè)計(jì)以葉片安裝角、葉片前掠角、葉片截面圓弧半徑為三因素三水平的正交試驗(yàn)；經(jīng)分析，各因素對功率、風(fēng)量、風(fēng)壓大小影響的主次順序均為：葉片安裝角、葉片截面圓弧半徑、葉片前掠角；防霜機(jī)圓弧板葉片參數(shù)最優(yōu)組合為：葉片安裝角25°、葉片前掠角87°、葉片截面圓弧半徑1200mm。本發(fā)明專利技術(shù)可增大防霜機(jī)的作用面積并提升防霜效果，可應(yīng)用于防霜機(jī)圓弧板葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

An optimal design method of arc plate blade of frost proof machine

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種防霜機(jī)圓弧板葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
本專利技術(shù)屬于植物保護(hù)裝備與
，具體涉及一種防霜機(jī)圓弧板葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)介紹
霜?jiǎng)訒?huì)對植物的生長造成損害，嚴(yán)重影響了作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。應(yīng)用防霜機(jī)進(jìn)行防霜一種有效的植物保護(hù)手段，而葉片是防霜機(jī)最為重要的部件，其送風(fēng)性能直接影響到防霜機(jī)防霜面積大小和防霜效果。目前國內(nèi)的防霜機(jī)葉片多為直接選型，或存在制造困難、價(jià)格昂貴、風(fēng)量與風(fēng)壓較低的問題。中國專利(CN203756595U)公開了一種植物防霜風(fēng)機(jī)葉輪，其采用4葉圓弧板葉片并給定了葉片的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)變化范圍，具有便于加工、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，但其沒有限定葉片的功率也沒有考慮葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)對葉片性能的影響；中國專利(CN102287401A)公開了一種厚度階梯形變化的圓弧板葉片，適用于直徑大轉(zhuǎn)速高的軸流式風(fēng)機(jī)，但其缺少葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)支持；中國專利(CN106503341A)公開了一種風(fēng)電場風(fēng)機(jī)葉片選型優(yōu)化方法，為風(fēng)機(jī)葉片選型提供依據(jù)，但并不適用于防霜機(jī)葉片的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。通過對防霜機(jī)圓弧板葉片進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將會(huì)有效提升防霜機(jī)的防霜性能。因此建立一種通用的防霜機(jī)圓弧板葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具有非常重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種防霜機(jī)圓弧板葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在給定的功率范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)防霜機(jī)圓弧板葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)組合，以提高葉片的風(fēng)量與風(fēng)壓，在實(shí)際防霜過程中盡可能地增大防霜機(jī)的送風(fēng)距離，同時(shí)提高防霜機(jī)的作用效果。為了解決以上技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的具體技術(shù)方案如下：一種防霜機(jī)圓弧板葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于通過對防霜機(jī)圓弧板葉片的葉片安裝角、葉片前掠角、葉片截面圓弧半徑進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化組合，使其在一定功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量與風(fēng)壓最大化，以提高防霜機(jī)的防霜面積與防霜效果，具體包括以下步驟：步驟一，選定實(shí)物防霜機(jī)圓弧板葉片，并根據(jù)風(fēng)機(jī)相似設(shè)計(jì)理論確定模型防霜機(jī)圓弧板葉片的回轉(zhuǎn)直徑與轉(zhuǎn)速：回轉(zhuǎn)直徑為1160mm、轉(zhuǎn)速960rpm；步驟二，設(shè)計(jì)并進(jìn)行以葉片安裝角、葉片前掠角、葉片截面圓弧半徑為因素的正交試驗(yàn)；步驟三，以步驟二的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分別建立防霜機(jī)圓弧板葉片的功率、風(fēng)量、風(fēng)壓與所述因素的關(guān)系方程為：Pin＝4820.46+433.72X1-23.74X2-164.33X3-12.34X1X2-10.14X1X3-18.10X2X3+8.87X12-54.88X22+52.87X32；qv＝1226.98+42.88X1-1.19X2-12.21X3-0.95X1X2-3.65X1X3-5.55X2X3-12.84X12-2.38X22-1.27X32；ptF＝241.40+16.43X1-0.97X2-5.65X3-0.70X1X2-2.63X1X3-2.09X2X3-4.19X12-1.15X22-0.30X32；X1、X2、X3分別為葉片安裝角、葉片前掠角、葉片截面圓弧半徑的因素水平，Pin、qv、ptF分別為防霜機(jī)圓弧板葉片的功率、風(fēng)量、風(fēng)壓；步驟四，根據(jù)步驟三所得的方程進(jìn)行優(yōu)化求解，在功率不超過5.5kW的前提下，得到防霜機(jī)圓弧板葉片的參數(shù)最優(yōu)組合為：葉片安裝角為25°，葉片前掠角為87°，葉片截面圓弧半徑為1200mm。所述正交試驗(yàn)通過Design-Expert軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。所述防霜機(jī)圓弧板葉片的功率、風(fēng)量、風(fēng)壓通過CFD仿真計(jì)算得出。本專利技術(shù)的工作原理：本專利技術(shù)首先通過風(fēng)機(jī)相似理論確定對葉片性能影響最大的參數(shù)，即回轉(zhuǎn)直徑與轉(zhuǎn)速的具體數(shù)值，然后利用Design-Expert軟件和CFD仿真計(jì)算通過正交試驗(yàn)分析對影響葉片性能較大的三個(gè)參數(shù)，即葉片安裝角、葉片前掠角、葉片截面圓弧半徑對功率、風(fēng)量、風(fēng)壓的具體影響，得到防霜機(jī)圓弧板葉片的參數(shù)最優(yōu)組合，在防霜機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)送風(fēng)時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)可以將更多的逆溫層氣流輸送至植物冠層，從而提升防霜風(fēng)機(jī)的作用效果。本專利技術(shù)的有益效果為：本專利技術(shù)通過正交試驗(yàn)與CFD仿真計(jì)算相結(jié)合的方式，在短時(shí)間內(nèi)可完成對防霜機(jī)圓弧板葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，具有較強(qiáng)的通用性，在控制功率在一定范圍的基礎(chǔ)上，使防霜機(jī)圓弧板葉片的風(fēng)量增加3.72％，風(fēng)壓增大8.07％；將經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的防霜機(jī)圓弧板葉片應(yīng)用于田間進(jìn)行防霜，可增大防霜機(jī)的防霜面積并增強(qiáng)其防霜效果，減小霜凍對作物造成的損害。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的防霜機(jī)圓弧板葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法流程圖。圖2為本專利技術(shù)的防霜機(jī)圓弧板葉片結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但是本專利技術(shù)的保護(hù)范圍并不限于此。如圖2所示，本專利技術(shù)結(jié)合現(xiàn)有圓弧板葉片設(shè)計(jì)了一款三葉防霜機(jī)圓弧板葉片，即實(shí)物防霜機(jī)圓弧板葉片，其基本結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：回轉(zhuǎn)直徑1040mm、輪轂比0.29、葉片安裝角24°、葉片前掠角86°，葉片截面圓弧半徑1300mm，轉(zhuǎn)速為960rpm，電機(jī)功率為3kw，經(jīng)校核，電機(jī)功率滿足要求。為提高防霜機(jī)的防霜面積，對該實(shí)物防霜機(jī)圓弧板葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，考慮到對防霜成本的要求，模型防霜機(jī)圓弧板葉片的電機(jī)功率限制在5.5kW之內(nèi)，本實(shí)例優(yōu)選為5.5kW。如圖1所示，一種防霜機(jī)圓弧板葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程為：步驟(1)，模型防霜機(jī)圓弧板葉片回轉(zhuǎn)直徑與轉(zhuǎn)速的確定以上公式為風(fēng)機(jī)相似設(shè)計(jì)理論計(jì)算公式，式中，Pin、Pin′分別為實(shí)物與模型的功率；qv、qv′分別為實(shí)物與模型的流量；ptF、ptF′分別為實(shí)物與模型的全壓；ρ、ρ′分別為實(shí)物與模型所處流體環(huán)境的密度；n、n′分別為實(shí)物與模型的轉(zhuǎn)速；D、D＇分別為實(shí)物與模型的回轉(zhuǎn)直徑。考慮到現(xiàn)有電機(jī)的規(guī)格，電機(jī)為5.5kW，轉(zhuǎn)速為960rpm，經(jīng)計(jì)算，模型防霜機(jī)圓弧板葉片的回轉(zhuǎn)直徑為1160mm，風(fēng)量為1237.76m3/min，風(fēng)壓為248.82Pa；將模型防霜機(jī)圓弧板葉片進(jìn)行CFD仿真計(jì)算，得到功率為4.82kW，風(fēng)量為1226.98m3/min，風(fēng)壓為241.40Pa，因此符合設(shè)計(jì)要求且留有一定的優(yōu)化空間。步驟(2)，防霜機(jī)圓弧板葉片的正交試驗(yàn)除了回轉(zhuǎn)直徑與轉(zhuǎn)速，葉片安裝角、葉片前掠角、葉片截面圓弧半徑也是影響防霜機(jī)圓弧板葉片性能的三個(gè)重要參數(shù)，為確定三個(gè)因素對功率(Pin)、風(fēng)量(qv)、風(fēng)壓(ptF)影響大小的主次順序，并確定防霜機(jī)圓弧板葉片的參數(shù)最優(yōu)組合，擬采用Design-Expert軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。①對葉片安裝角、葉片前掠角、葉片截面圓弧半徑3個(gè)因素的各水平進(jìn)行編碼，如表1所示。表1因素水平編碼表(2)運(yùn)用Design-Expert軟件進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)17組正交試驗(yàn)，所得正交試驗(yàn)方案如表2所示。(3)通過對各組試驗(yàn)所需的模型進(jìn)行建模并進(jìn)行CFD仿真計(jì)算，可得到各防霜機(jī)圓弧板葉片的功率、風(fēng)量、與風(fēng)壓。防霜機(jī)圓弧板葉片正交試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。表3正交試驗(yàn)結(jié)果步驟(3)，由表3所得的數(shù)據(jù)可本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種防霜機(jī)圓弧板葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：通過對防霜機(jī)圓弧板葉片的葉片安裝角、葉片前掠角、葉片截面圓弧半徑進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化組合，使其在一定功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量與風(fēng)壓最大化，以提高防霜機(jī)的防霜面積與防霜效果，具體包括以下步驟：/n步驟一，選定實(shí)物防霜機(jī)圓弧板葉片，并根據(jù)風(fēng)機(jī)相似設(shè)計(jì)理論確定模型防霜機(jī)圓弧板葉片的回轉(zhuǎn)直徑與轉(zhuǎn)速：回轉(zhuǎn)直徑為1160mm、轉(zhuǎn)速960rpm；/n步驟二，設(shè)計(jì)并進(jìn)行以葉片安裝角、葉片前掠角、葉片截面圓弧半徑為因素的正交試驗(yàn)；/n步驟三，以步驟二的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分別建立防霜機(jī)圓弧板葉片的功率、風(fēng)量、風(fēng)壓與所述因素的關(guān)系方程為：/nP

【技術(shù)特征摘要】
1.一種防霜機(jī)圓弧板葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：通過對防霜機(jī)圓弧板葉片的葉片安裝角、葉片前掠角、葉片截面圓弧半徑進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化組合，使其在一定功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量與風(fēng)壓最大化，以提高防霜機(jī)的防霜面積與防霜效果，具體包括以下步驟：
步驟一，選定實(shí)物防霜機(jī)圓弧板葉片，并根據(jù)風(fēng)機(jī)相似設(shè)計(jì)理論確定模型防霜機(jī)圓弧板葉片的回轉(zhuǎn)直徑與轉(zhuǎn)速：回轉(zhuǎn)直徑為1160mm、轉(zhuǎn)速960rpm；
步驟二，設(shè)計(jì)并進(jìn)行以葉片安裝角、葉片前掠角、葉片截面圓弧半徑為因素的正交試驗(yàn)；
步驟三，以步驟二的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分別建立防霜機(jī)圓弧板葉片的功率、風(fēng)量、風(fēng)壓與所述因素的關(guān)系方程為：
Pin＝4820.46+433.72X1-23.74X2-164.33X3-12.34X1X2-10.14X1X3-18.10X2X3+8.87X12-54.88X22+52.87X32；
qv＝1226.98+42.88X1-1.19X2-12.21X3-0.95X1X2-3.65X1X3-5.5...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫坷達(dá)，胡永光，
申請(專利權(quán))人：江蘇大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32