Mérés-alapú előtervezési irányelvek axiális ventilátor-lapátokról leúszó örvények figyelembe vételére
Axiális átömlésű légtechnikai ventilátorok lapátjait az ún. profil örvényleválás akkor jellemzi, ha a lapát húrhosszával számolt Reynolds-szám mérsékelt. Irányadó a Re < 150 000 tartomány. Ez esetben a kezdetben lamináris szívott oldali határréteg leválik a belépőél környezetében, majd bekövetkezik a határréteg lamináris-turbulens átmenete, és visszafekvése a lapátprofil elülső részén. A lapátprofilról periodikusan örvények úsznak le. Az örvényleválás egyfelől jelentős zajforrás a kis Reynolds-számú légtechnikai axiálventilátorok esetén. Másfelől a profil örvényleválás egy periodikus, térben koherens nyomásingadozást is létrehoz a lapátprofil felületének jelentős hányadán. Ez utóbbi egy olyan, a lapát húrjára közel merőleges ingadozó erőt eredményez, amely magában hordja a lapátrezgés kockázatát. A profil örvényleváláshoz kapcsolódó szakirodalmak olyan szárnyprofilokat tárgyalnak – például nagy relatív vastagságú szimmetrikus NACA profilok –, melyek a légtechnikai axiálventilátorokra nem jellemzőek. A jelen dolgozat egyik célkitűzése a profil örvényleválás mérés-alapú szakirodalmának kiegészítése olyan lapátprofilokkal, melyek a légtechnikai ventilátor-alkalmazásokat képviselik. Az általunk vizsgálatra kiválasztott, reprezentatív példának tekintett lapátprofilok: 8%-os relatív íveltségű lemezlapát; 10 % maximális relatív vastagságú aszimmetrikus RAF 6E szárnyprofil.
Az említett lapátprofilok modelljein különféle Reynolds-számok és megfúvási szögek mellett szélcsatorna méréseket végeztem. A profilok mögötti áramlási teret egykomponensű hődrót segítségével térképeztem fel, állandó hőmérsékletű üzemmódban. A profil örvényleválás detektálásának szakirodalomban ismertetett módszerét kiterjesztettem, a következők szerint. Analitikus modellt dolgoztam ki a lapát-közeli nyomban mozgó örvények által keltett ingadozó sebesség RMS eloszlására vonatkozóan. A leúszó örvényeket Rankine-féle kombinált örvényként modelleztem. A modell-paraméterek hangolásával a modellezett sebesség RMS eloszlásokat illesztettem a mért eloszlásokhoz, ezzel olyan örvény jellemzőket származtatva, mint az örvénymagok sugara és szögsebessége. A profil örvényleválási jelenség létezésének, illetve hiányának megítélésére számszerű kritériumot vezettem be, melyet a vizsgált esetekre szisztematikusan alkalmaztam. A kidolgozott analitikus modellt felhasználtam a profil örvényleválás jellemző frekvenciájának, valamint a leúszó két örvénysor távolságának meghatározásához. E jellemzők révén kiterjesztettem a profil örvényleválásra vonatkozó félempirikus szakirodalmi modellt.
E félempirikus modell alapján irányelveket származtattam, melyek felhasználhatók kis Reynolds-számú légtechnikai axiálventilátorok járókerék-lapátozásának előtervezésében. A bemutatott irányelvek célja kettős, a lapátozás jellemzőinek helyes megválasztása során. a) A profil örvényleválás emberi hallás szempontjából kedvezőtlen akusztikai hatásának mérséklése, ami kiemelten fontos az emberek közelében üzemelő kis Reynolds-számú légtechnikai axiálventilátorok esetén. b) Annak elkerülése, hogy a lapátfelület jelentős részéről nagyméretű, összefüggő örvények ússzanak le azonos frekvenciával, ami kedvezőtlen a lapát mechanikai gerjesztése szempontjából. A dolgozatban szemléltető példákat mutatok be e tervezési irányelvek gyakorlati alkalmazására.
