试验研究
摘要：为了研究测试雷诺数对风机气动性能试验结果的影响，本文对不同转速模型风机进行了气动性能试验研究。研究结果表明：当测试雷诺数满足ISO 5801中的允许区域要求，且其雷诺数差异低于40%时，通过采用ISO 13348中的效率转化公式，其效率转化结果基本与真实风机相同；当测试雷诺数满足ISO5801中的允许区域要求时，但其雷诺数差异超过40%后，通过采用ISO13348中的效率转化公式，能够满足其在达到最高效率及其更大流量时的转化需要，但对于较小流量时，其转化偏差较大。
关键词：雷诺数；气动性能试验；效率转化公式 1、引言
相似理论常常应用于通风机的相似设计及性能的相似换算，所谓相似设计，即根据试验研究出来的模型来设计与模型相似的新通风机；性能相似换算是用于试验条件不同于设计条件时，将试验条件下的性能利用相似原理换算到设计条件下的性能。为了研究风机气动性能，通常需要采用试验测试的方法，国内很多学者对风机气动性能测试进行了试验研究计风机性能。
在风机研发过程中，由于进行实物风机性能试验的难度较大，通常会采用模型试验的方法来验证风机性能，并通过国际标准ISO5801及ISO13348中的相关公式进行转化：
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，以保证试验测试的准确性，并验证设
容积流量: （1）
全压: （2）
轴功率: （3）
效率： （4）
从公式（4）可知，两个相似的通风机在不同运行条件下，其效率将受到雷诺数影响。ISO13348中，规定公式（4）成立的条件为：测试风机雷诺数
与
实物风机雷诺数 两者差异应不超过40%，差异超过40%时未明确规定；而参照ISO5801中对测试风机转速受雷诺数的限制条件，如图2.11-1所示，图中两块虚线包围的区域，其均能满足ISO5801中的限制条件，但其测试风机雷诺数
与
实物风机雷诺数 两者差异均超过了40%，对于这部分区域内的模型风机效率转化，因其超出ISO13348中的限制条件，故无法确定其效率转化公式（4）的适用性。
1 允许区域 2 限制区域 3 不可接受区域
图1 ReTest/Re作为Re函数的允许变化量（ISO 5801）
德国工程师协会作为国际标准化委员会的一员，其编制的VDI标准与ISO标准一样，具有一定的权威性。其中与风机相关的VDI2044《Acceptance and
performance tests on fans》标准中，对风机性能换算采用相同的计算公式，但对公式（4）未作任何雷诺数的限制。
我国现行的风机相关标准GB/T1236、DLT 469-2004等标准中，对风机在不同状态下的流量、压力和功率换算，均按照公式（1）-（3）进行，但未对效率换算公式（4）进行特别说明；国内现有部分技术资料或教材中，对公式（4）也有提及，但仅仅作为换算时参考使用。
由于公式（4）在国内尚未作为国家标准规范下来，而ISO标准和VDI标准又存在雷诺数限制与不限制的差异，因此国内众多风机领域相关单位在涉及到风机效率需要转化时，存在一定的随意性，导致同样的检测结果，出现不同的换算结果，在需要对风机进行评判时，出现不一样的意见。因此，为研究和验证效率转化公式（4），在风机气动性能转化中的适用性，特别是当测试风机雷诺数与实物风机雷诺数偏差超过40%后，其效率转化公式的适用性，本文特进行了模型风机不同转速气动性能试验测试，并对其测试结果进行对比分析。
2、气动性能试验结果分析
2.1 试验风机结构参数及试验台概况
本文依托某动调轴流风机，将其风机叶型及各过流部件结构等比缩放到1m后，生产加工得到一台模型风机，其结构参数如表1所示；该模型风机测试试验平台参照ISO 5801 《Industrial fans–Performance testing using standardized airways》中的相关规定布置，模型风机试验管道布置图如图2所示。
表1试验风机结构参数
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项目 单位 风管式模型试验台 风机转速 r/min 500~1500 叶轮直径 m m1000 轮毂直径 m m483 轮毂比 0.483
图2 模型试验台风机管道布置图
2.2 不同转速模型风机试验结果分析
为了与气动性能试验标准中的要求进行对照，本文计算得到了模型风机转速为1500r/min时，风机雷诺数约为4.84×10，参照ISO5801中的相关规定（如
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图4），其能允许的最低雷诺数约为2.03 ×10，从而可计算出该模型试验能够允许的最小转速约为630rpm。
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1 允许区域 2 限制区域 3 不可接受区域
图3 模型风机试验测试转速雷诺数限制（ISO5801）
为了验证该测试限制转速设置的合理性，分别测试了模型风机在同一叶片开度下， 其转速分别为1500r/min、1400r/min、1000 r/min、800 r/min、650 r/min、500 r/min时的气动性能，本文将风机转速为1500r/min时作为原风机，并计算得到了不同转速下的雷诺数如表3所示，通过模型试验得到其试验测试结果如图5、6所示。
表2 模型风机不同转速时的雷诺数
转速 1500r/min 1400r/min 1000r/min 800r/min 650r/min 500r/min 雷诺数 4.84×10 64.3×10 63.07×10 62.45×10 62.01×10 61.53×10 6与1500r/min 时的雷诺数比值 1 0.888 0.634 0.506 0.415 0.316
图4模型风机不同转速下的流量系数-压力系数曲线
图5模型风机不同转速下的流量系数-效率曲线
图5、6分别为模型风机在不同转速下测试得到的流量系数-压力系数曲线及流量系数-效率曲线。从图中可看到：风机转速为1500r/min与1400r/min时的气动性能曲线基本重合，其后随转速的降低，同一流量系数下的风机压力系数逐渐降低，650r/min时的总体压力系数偏差约为4%，其在500r/min时降低最为明显，偏差最大处约为10%；在风机效率最高处及更大流量区，同一流量系数下的风机效率随转速降低逐渐降低，但其在小流量区的风机效率随转速降低略有增加，而其在500r/min时，风机效率明显下降。从而能够说明随模型风机转速降低（即雷诺数降低），测得的风机气动性能逐渐低于原风机，当测试风机转速低于标准规定的允许转速后，其测试得到的风机气动性能急剧下降，将不再满足性能试验条件。
为了验证ISO13348中关于气动性能试验测试效率转化公式准确性，本文分别将1400r/min、1000 r/min、800 r/min、650 r/min、500 r/min时测得的风机效率依据公式（4）转化到1500 r/min时的效率，其转化结果如图7所示。
图7 转化后的不同风机转速下的流量系数-效率曲线
对比图7中，各不同转速测得的风机效率转化到1500 r/min后的流量系数-效率曲线可发现：在1400 r/min及1000 r/min时，其效率曲线基本与1500 r/min时重合；在650 r/min、800 r/min（雷诺数偏差超过40%）时的转化效率曲线，在风机效率最高处及其更大流量区域，相比原测试效率曲线其更接近于
1500 r/min，相比原1500 r/min时的效率偏差较小，最大处约为1.2%，但在小流量区，其效率曲线相比1500 r/min时有所偏高，且随流量系数降低，偏差逐渐增大；而在500 r/min时的转化效率曲线，其最大效率偏差约为5%，其偏差较大。结合以上分析：当测试风机的雷诺数与原风机差异小于40%时，采用公式（4）进行效率转化，其转化结果与原风机基本相同；当测试风机雷诺数满足ISO5801中的最低允许转速，但测试时的雷诺数差异超过40%时，测试风机效率在达到最高处及其更大流量区，其应用公式（4）转化后的效率偏差较小，可采用该公式进行近似转化。
3、结论
本文通过对不同转速模型风机进行气动性能试验测试的方法，分别对比了不同雷诺数，对风机气动性能试验结果的影响，得出如下结论：
1、当测试雷诺数满足ISO5801中的允许区域要求时，且其雷诺数差异低于40%时，通过采用效率转化公式（4）（ISO13348），其效率转化结果基本与真实风机相同；
2、当测试雷诺数满足ISO5801中的允许区域要求时，但其雷诺数差异超过40%后，通过采用效率转化公式（4）（ISO13348），能够满足其在达到最高效率及其更大流量时的转化需要，但对于较小流量时，其转化偏差较大。
3、VDI2044标准中的效率转化公式，在本次试验中的小流量区域不能采用，即其效率转化公式，并不是普适性公式，而应如ISO标准一样，设置限定区域。
参考文献
[1] 程勒。通风机性能测试误差的控制[J];风机技术;2002年02期。 [2] 朱正林, 徐治皋, 殷忠民。通风机出口无障碍空间的试验研究[J];流体机械;2003年10期。
[3] 张广勋。高性能对旋轴流式通风机的研究[J];风机技术;1999年05期。
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[5] 朱正林，殷忠民。 离心通风机叶片数对气动性能与噪声影响的试验研究[J];风机技术;2001年02期。
[6] 刘桂仁，南化鹏，任保明。煤矿局部通风机性能测定[J];风机技术;2003年01期。
[7] ISO 5801. Industrial fans–Performance testing using standardized airways.
[8] ISO13348 .Industrial fans –Tolerances,methods of conversion and technical data presentation.
[9] GB/T1236-2017.工业通风机用标准化风道性能试验。 [10] DL/T469-2004.电站锅炉风机现场性能试验。
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