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高性能螺旋桨优化设计王策;唐正飞;罗建【摘要】无人多旋翼飞行器使用的桨叶以固定翼螺旋桨为主,但其气动环境与固定翼不尽相同.使用逆向重构技术对原始桨叶进行参数化建模,并基于CFD数值计算技术对参数化基准模型的扭转角分布规律和叶型积叠方式在垂直飞行状态下进行优化设计.结果表明:在功率允许范围内,桨叶在悬停状态下的效率有了较大提升.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2018(009)004【总页数】7页(P585-591)【关键词】螺旋桨;优化设计;扭转角;积叠方式【作者】王策;唐正飞;罗建【作者单位】南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室,南京210016;南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室,南京210016;中国航空工业集团有限公司中国直升机设计研究所,景德镇333001【正文语种】中文【中图分类】V211.440 引言近年来，多旋翼飞行器发展迅速、应用广泛。
我国多旋翼飞行器多采用固定翼飞行器螺旋桨作为升力部件，固定翼螺旋桨主要用于提供推力，在多旋翼工况下，螺距大、效率低；而多旋翼飞行器工况与直升机类似，但是直升机旋翼有摆振、挥舞和变距，结构复杂，不适用于多旋翼飞行器。
多旋翼飞行器前飞速度低，需要桨叶提供较大的升力，因此需要符合自身工况的螺旋桨。
国内，马晓平等[1]研究了提高小型无人机螺旋桨效率的工程方法；韩中合等[2]使用遗传算法对叶轮机弦长进行了优化；刘国强[3]对直升机桨叶外形进行了优化；王豪杰等[4]对无人机的螺旋桨进行了气动力设计，主要对桨叶的基本翼型和桨叶扭角分布进行了优化；谢辉等[5]对中小型无人机的新型螺旋桨进行了设计。
国外，T-motor公司生产的螺旋桨材料轻薄、噪声低并且具有很好的平衡性[6]；W.S.Westmoreland[7]研究了拉力螺旋桨对某型无人机气动特性和稳定性的影响；XOAR螺旋桨具有更轻的重量和高效率气动外形[8]。
但目前针对适用于多旋翼无人机螺旋桨的优化设计仍鲜有报道。
桨叶式搅拌机的设计摘要桨叶式混凝土搅拌机是一款小型搅拌机，主要适用于较小的建筑工程，是非常重要的建筑机械。
它是强制式卧轴搅拌机的一种，不但能搅拌干硬性混凝土，而且能搅拌轻骨料混凝土，是一款多功能搅拌机。
在搅拌过程中，通过搅拌轴的回转运动来带动搅拌叶片对筒内物料进行剪切、挤压和翻转推移等搅拌作用，使物料在相对的剧烈运动中的得到充分的拌合，因而它具有拌合质量好、能耗低、效率高等优点。
现代建筑工程中搅拌机的广泛应用，不仅减轻了工人的劳动强度，还提高了混凝土工程的质量，对我国的基础设施建设做出了很大贡献。
在下一个五年规划中，国家加大了基础设施的建设的力度，这对混凝土机械行业的发展是十分有利的。
该类型搅拌机的主要组成结构包括：传动系统、搅拌系统、上料系统、卸料系统、电气控制系统等零部件。
在本次设计中主要设计的是外壳和搅拌轴，还确定了上料、卸料的方式以及叶片的结构，并对部分零部件进行了校核，使之满足不同场合的工作要求。
关键词：混凝土搅拌机、质量、能耗、效率The design of Vertical spindle type breakerAbstractBlade type concrete mixer is a small mixer, mainly is suitable for the small construction projects, it is very important to construction machinery.It is a kind of forced horizontal-axis mixer ，not only can mix the dry and rigid concrete, but also can stir light weight aggregate concrete，is a new multi-functional mixer。
In mixing process, through the rotary motion of stirring shaft of mixing blades to drive the material in the cylinder of shear, squeezing and flip elapse, make the material such as mixing effect in the relatively intense exercise fully with white, so it would be of good quality, low energy consumption, higher efficiency. Modern architectural engineering of mixer widely used, not only reduce the labor intensity of the workers, but also improves the concrete engineering quality, has made a great contribution the infrastructure construction of our country. In the next five-year plan, the government increased the strength of the infrastructure construction of concrete, the machinery industry development is very favorable. This type of main composition structure including blender, transmission system, mixing system, feeding system, unloading system and electrical control system components. In this design, we mainly on the transmission scheme selection and design calculation, also identified loading, unloading and ways of blade structure, and checks for some parts to meet different occasions work requirements.Keywords:concrete mixer, quality, energy consumption, efficiency目录第一章绪论 (5)1.1混凝土搅拌机项目研究的目的及意义 (5)1.1.1混凝土的组成 (6)1.1.2搅拌的任务 (6)1.1.3设计混凝土搅拌机的意义 (6)第二章技术设计任务书 (8)2.1搅拌机设计的依据及参数 (8)2.2搅拌机的工作范围及用途 (8)2.3混凝土搅拌机总体布局及结构概述 (8)2.4搅拌机的关键技术 (8)第三章搅拌机主参数及各部件的设计计算 (10)3.1总体设计方案 (10)3.1.1混凝土搅拌机各个品种功能的比较 (10)3.1.2混凝土搅拌机结构的选择 (11)3.2总体结构及工作原理 (11)3.2.1结构组成及工作原理 (11)3.2.2主要技术参数 (12)3.3搅拌机主要部件的设计 (12)3.3.1搅拌装置的设计 (12)3.3.2机架和搅拌筒的设计 (12)3.4传动系统的设计 (13)3.4.1电机的选择 (13)3.4.2 传动部分设计 (14)第四章桨叶式搅拌机主要参数的确定 (17)4.1传基本结构参数 (17)4.1.1转子的直径与长度 (17)4.1.2基本结构尺寸 (17)4.2主要工作参数的确定 (17)4.2.1转子的速度 (17)4.2.2生产能力 (17)4.2.3功率 (18)4.3转子的结构设计 (18)4.3.1轴的结构设计 (18)4.3.2轴的强度计算 (19)4.3.3破碎力的确定 (19)4.3.4轴的受力分析 (19)4.4轴承和键的选用 (21)4.4.1轴承的选用和润滑 (21)4.4.2键的选用 (22)第五章混凝土搅拌机搅拌叶片的有限元分析 (23)5.1搅拌叶片有限元模型的建立 (23)5.2优化设计和结果分析 (25)第六章结论 (26)参考文献 (27)感谢 (28)第一章绪论1.1混凝土搅拌机项目研究的目的及意义随着改革开放的持续推进,我国经济建设及科学技术的高速稳步增长,城镇化和新农村建设的大力发展,农村和大城市基础设施建设、房地产商品房开发业务的快速发展,直接促进了混凝土生产产量的快速增长机械化建设在施工中占据了重要的的地位。
螺旋桨适伴流理论设计及参数优化设计王文全; 马开放; 王诗洋; 叶礼裕【期刊名称】《《应用科技》》【年(卷),期】2019(046)005【总页数】9页(P1-9)【关键词】螺旋桨; 非均匀流; 适伴流理论设计; 参数优化设计; 伴流谐调分析法; 升力线法; 升力面法; 面元法【作者】王文全; 马开放; 王诗洋; 叶礼裕【作者单位】中国船舶及海洋工程设计研究院上海 200011; 哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】U661.7随着船舶向大型化、高速化方向发展以及高功率主机的使用，船后伴流场的不均匀程度和螺旋桨的负荷加重，出现了尾振、结构损坏、噪音及剥蚀等现象。
在开展螺旋桨设计时，未考虑伴流场的影响，将可能导致所设计的螺旋桨所在伴流场不匹配，出现振动、噪声、推力不符合要求，耗能增大等现象。
船舶螺旋桨适伴流设计的目的就是考虑船桨一体的相互影响，在船舶艉后伴流场条件下，选择合适的直径及拱度、螺距、纵斜和侧斜的分布，尽量减小桨引起的振动、空泡及噪声等一系列问题。
开展螺旋桨的适伴流设计需预报船后伴流场以设计适合于所在伴流场条件下运转的螺旋桨。
舰艇艉后为以湍流脉动、黏性效应和漩涡运动为特征的复杂流场区域，导致艇艉后伴流严重不均匀[1-2]。
由于潜艇螺旋桨实际上都是工作于艇艉后伴流中，螺旋桨空化、噪声性能受到艇艉后不均匀伴流的影响十分严重，在对螺旋桨设计时必须考虑艇艉后不均匀伴流场的影响。
1963年，Beveridge等[3]基于Lerps理论采用Eckhardt-Morgan方法设计适伴流螺旋桨，在敞水和伴流条件下进行试验，均得到很好的性能。
Donald MacPherson[4]分析舰船适伴流螺旋桨设计时，认为随着越来越多螺旋桨建造厂能够实现数字化建造，舰船量身定制或半定制合适的推进器成为可能。
丁举等[5-6]比较单桨与双桨船的流场不同特点，计及切向伴流影响，开展双桨船适伴流桨设计。
采用CFD数值模拟技术优化发酵罐内桨叶组合倪伟佳;段作营;桑美纳;刘烦;史仲平;段生兵【摘要】使用CFD模拟软件Fluent对实验室用7L通气搅拌发酵罐内不同桨叶组合的搅拌效果进行气液两相流模拟.首先对发酵罐自带桨叶组合进行模拟,针对模拟结果提出两种改进桨型组合,对比分析3种组合的速度矢量图、速度分布柱形图和速度云图,以此优化出一种搅拌效果较好的桨型组合.结果表明:发酵罐内的流场可受通气的影响而发生改变,通气发酵过程的模拟采用多相流模型更为准确;底层桨离底距离的不同可导致发酵罐内流场的不同,以六直叶圆盘涡轮桨为底桨时,离底距离应不小于T/3;液相死区的大小是由桨叶组合、桨叶安装位置以及气液两相的相互作用共同导致的,不能单纯靠提高转速改善;在800 r/min下,搅拌效果组合3为最佳.%The velocity field of gas-liquid fluid in a lab-scaled 7L fermenter with different impeller combinations was investigated by the commercial fluid dynamics ( CFD) software Fluent in this article. Three different impeller combinations were simulated and their velocity vector diagram, distribution region and contours diagram were compared. A combination with better rotation effect finally was got. The impeller and air sparger regions were described with the multiple reference ( MRF) method. Result showed that the fluid field may be changed by the process of aeration in the fermenter. It is better to use the multiphase flow model in the simulation of aerobic fermentation process. The difference of distance between the bottom of the tank and the bottom-impeller may result in the difference of the fluid field. The distance was no less than T/3 if the bottom impeller was DT. The size of the fluid deadband is resulted by thedifference of impeller combination, the position of impeller and the coaction of the two phases. It can not be just only improved by increasing the rotation speed individually. Under the condition of 800rpm, the combination with best rotation effect was No. 3.【期刊名称】《生物学杂志》【年(卷),期】2012(029)004【总页数】5页(P81-85)【关键词】CFD数值模拟;气液两相流;桨叶组合;速度场【作者】倪伟佳;段作营;桑美纳;刘烦;史仲平;段生兵【作者单位】江南大学,工业生物技术教育部重点实验室,江苏,无锡,214122;江南大学,工业生物技术教育部重点实验室,江苏,无锡,214122;江南大学,工业生物技术教育部重点实验室,江苏,无锡,214122;江南大学,工业生物技术教育部重点实验室,江苏,无锡,214122;江南大学,工业生物技术教育部重点实验室,江苏,无锡,214122;江南大学,工业生物技术教育部重点实验室,江苏,无锡,214122【正文语种】中文【中图分类】Q819;TQ92发酵罐是生物细胞培养的核心设备，其设计好坏直接影响到细胞的培养状况，甚至决定发酵过程的成败[1]。
搅拌式反应器的模拟与优化设计摘要在综述了计算流体力学(CFD)技术在搅拌式反应器中的研究进展的基础上，着重讨论了搅拌式反应器中流场的模拟方法, 包括“黑箱”模型法、内外迭代法、多重参考系法和滑移网格法, 并指出了CFD技术的发展方向。
在此基础上, 对反应器内流场的数学模型进行了介绍与评价。
最后提出应用人工神经网络技术与遗传算法, 优化生物反应的工艺操作条件, 并结合CFD技术, 实现生物反应器的结构优化, 从而达到对生物反应系统整体优化的目的, 以指导实验与工业生产。
关键词计算流体力学，搅拌式反应器，数值模拟，人工神经网络，优化设计Simulation and optimization design ofStirred reactorAbstract：Base on the overview of computational fluid dynamics (CFD) technology in the stirred reactor research,we focused on the mixing reactor simulation of the flow field, including "black box" model of law, internal and external iteration, multiple reference frame method and the sliding mesh method, and pointed out the direction of development of CFD technology. On these basis,we described and evaluated the reactor flow mathematical model.We concludes with the application of artificial neural network and genetic algorithm to optimize the process operating conditions, biological response, and results combined CFD technology to achieve optimization of the structure of the bioreactor, so as to achieve overall optimization of the bioreactor system aims to guide experiments and industrial production.Keyword: computational fluid dynamics, stirred reactor, numerical simulation, artificial neural networks, optimization第1章前言搅拌式反应器( Stirred Tank Reactor, STR)因其结构灵活、操作方式多样等特点, 广泛应用于生物化工、冶金、食品、医药及环境等领域。
发酵罐内流场的数值模拟及桨叶优化樊梨明;李庆生;卢建新【摘要】针对目前斜叶桨餐厨垃圾厌氧发酵罐存在搅拌能耗高、流场混合效果差等问题设计了新型轴流式搅拌桨(axial-flow impeller,AFI).采用FLUENT软件对斜叶桨和AFI桨发酵罐内流场进行数值模拟,通过斜叶桨发酵罐单相水体系时搅拌功率计算值与模拟值的比较验证数值模拟的可靠性,并对比2种发酵罐中单相流场分布、固相体积分数分布和功率消耗情况.结果表明:单相水体系时,AFI桨改善了发酵罐内流场结构,搅拌功率较斜叶桨下降40.39％;固液体系时,AFI桨发酵罐内固相体积分数分布更为均匀,罐底沉积现象不明显,搅拌功率较斜叶桨下降17.37％.研究结果为餐厨垃圾厌氧发酵罐搅拌桨的设计与选择提供参考.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2016(034)003【总页数】5页(P30-33,38)【关键词】发酵罐;AFI桨;流场;数值模拟;搅拌功率【作者】樊梨明;李庆生;卢建新【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;江苏嘉浩环保股份有限公司,江苏宜兴214200【正文语种】中文【中图分类】X705[研究·设计]我国餐厨垃圾年产量巨大，它是城市生活垃圾的主要组成部分。
餐厨垃圾中粗蛋白、粗纤维和脂类的含量较高，具有较高的开发价值[1]。
厌氧发酵技术是一种资源化的处理方法，它不仅能处理餐厨垃圾中的有机物，而且在处理有机物的同时生成沼气，实现有机废物的资源化再利用[2-3]。
然而，目前发酵罐大多是在工程经验基础上，通过与已有设备类比来进行设计[4]，因此存在搅拌能耗高、流场混合效果差等问题。
近年来，随着计算流体力学(CFD)技术的发展，对既定条件下发酵罐内流体流动状态进行预测已经成为可能，越来越多的学者采用此方法对发酵罐内流场进行了相关研究。
王杰等[5]研究了猪粪发酵罐中不同桨层的流场分布，发现3层桨流场分布明显优于2层桨；蒋啸靖等[6]研究了50 L大肠杆菌发酵罐中不同组合的搅拌桨对搅拌流场、混合时间的影响，对搅拌桨组合进行了优化；张庆文等[7]模拟了60 m3木聚糖酶发酵罐中流场、气含率分布系数和容积传质系数对发酵的影响，对搅拌桨进行了优化；Wang等[8]对140 m3生物氢发酵罐进行了数值模拟，根据流场分布对搅拌桨进行了改造。
基于CFD的羰基合成反应器放大及桨型优化陈迎;章彦卿【摘要】对带三层组合搅拌桨的羰基合成反应器进行计算流体力学(CFD)模拟,对比分析了反应器放大前后及底层桨优化前后反应器内流场、气含率分布和搅拌功率等参数的变化规律,研究反应器的放大及桨型优化效果.模拟结果表明,当釜径从4 600 mm放大到5 200 mm时,反应器内流场分布和气含率分布与放大前相似,具有相近的混合效果,说明放大后的搅拌桨能达到预定的效果,所选用的放大准则是合理的.采用新弯叶径向流搅拌桨替换底层直叶径向流桨后,发现该搅拌桨不仅具有更好的搅拌混合效果,而且搅拌功率较直叶桨搅拌功率降低了约51%.%A computational fluid dynamics (CFD) simulation method was developed to study the scale-up characteristics of the oxo-synthesis reactor with three-lay impellers and the optimization of impellers. The variations of flow field, gas distribution and power consumption of the gas-liquid stirred tank before and after scale-up were investigated. The results showed that the flow distribution and gas distribution were similar when the tank diameter increased from 4 600 mm to 5 200 mm, which indicated that the difference in mixing was negligible after the impellers scale-up, and the selected scale-up criteria was reasonable.In addition, the new blade showed higher mixing efficiency than the straight blade and the power consumption was decreased by 51%.【期刊名称】《化学反应工程与工艺》【年(卷),期】2015(031)004【总页数】10页(P297-306)【关键词】羰基合成;反应器;搅拌桨;计算流体力学模拟【作者】陈迎;章彦卿【作者单位】中国石油化工股份有限公司上海工程公司,上海 200120;中国石油化工股份有限公司上海工程公司,上海 200120【正文语种】中文【中图分类】TQ018羰基合成反应器是羰基合成工艺的核心设备，常用的反应器型式有搅拌釜、鼓泡塔、喷射式环流反应器、气升式循环反应器和管式环流反应器等。
双层桨叶硫酸铜搅拌器的桨叶安装参数优化贺伯林;许平;张楷【摘要】硫酸铜在农业生产中有着非常重要的作用,在硫酸铜结晶设备中桨叶的安装位置是影响搅拌器性能的重要指标之一.通过对搅拌器桨叶安装位置的研究提高硫酸铜的结晶效率.实际生产中用到的硫酸铜搅拌器多为双层桨叶,对于双层搅拌器,安装位置主要包括上下层桨叶之间距离和下层桨叶距搅拌槽底部的距离.通过数值模拟仿真技术对几组不同安装位置的搅拌器进行仿真研究,从而得到最佳的安装位置结构参数.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2018(056)012【总页数】5页(P31-35)【关键词】硫酸铜;CFD;双层桨叶;搅拌器;安装位置【作者】贺伯林;许平;张楷【作者单位】650051 云南省昆明市昆明理工大学机电工程学院;650051 云南省昆明市昆明理工大学机电工程学院;650051 云南省昆明市昆明理工大学机电工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ450.50 引言计算流体力学是随着计算机发展而发展出的一门新型学科，是介于流体力学、计算机学和数学之间的交叉学科。
CFD技术在各行各业的生产中已得到非常广泛的使用，对工业的发展起到至关重要的作用[1]。
研究表明，双层桨叶结构的硫酸铜搅拌器的最佳桨叶选型为上层采用CBY式桨叶，下层采用推进式桨叶。
1 搅拌器模型参数选择及建立1.1 搅拌器三维建模本文的搅拌设备根据实际结构分为搅拌槽和搅拌器，搅拌槽为圆柱形主体、锥形底部，在主体部分底部设有低温溶液进液口，搅拌釜锥形底下方部设有排水口，主体的上沿处设有溶液溢流口[2]。
其结构尺寸为：圆柱部分高度H1=1 700 mm，总高度H=2 000 mm，内径D=2 000 mm，进液口直径=Φ80 mm，溢流口直径=Φ120 mm，主体壁厚B=20 mm，物理模型利于Solid edge软件进行绘制，如图1所示。
本文根据工业生产实际情况采用的双层搅拌器，桨叶宽度b=120mm，桨叶厚度C=10 mm，桨叶与平面成45°角安装。
