微型軸流風扇扭葉片設計方法及其氣動特性的數(shù)值研究

設計高性能的微型軸流風扇,同時降低設計成本、縮短設計周期,是軸流風扇研究的主要目標。采用孤立葉型法、計算流體動力學技術和遺傳算法相結合的策略,構建微型軸流風扇優(yōu)化設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用面向對象的設計方法和模塊化的構造方法,采用c++及opengrip語言編寫,并提供開放式接口,使系統(tǒng)易于完善和擴充。在此系統(tǒng)下可以實現(xiàn)微型軸流風扇優(yōu)化設計的整個流程。通過優(yōu)化實例證實了該系統(tǒng)的可靠性和實用性。

軸流風扇轉子葉片優(yōu)化設計

針對一通用型軸流風扇的轉子葉片,以三維粘性流場的數(shù)值計算程序為平臺,利用人工神經網絡bp算法和遺傳算法,通過葉片彎掠技術對葉片的周向彎曲角度進行尋優(yōu),以使風扇的性能進一步提高.通過對比優(yōu)化前、后的葉輪發(fā)現(xiàn),優(yōu)化之后的葉片形成明顯的沿周向順葉輪旋轉方向彎曲.試驗結果表明,其全壓效率提高了1.27%,全壓升提高了3.56%,上、下端部的流動損失進一步降低.

第41卷第9期 2007年9月 上海交通大學學報 journalofshanghaijiaotonguniversity vol.41no.9 sep.2007 收稿日期:2006-11-22 作者簡介:李楊(1973-),男,沈陽市人,博士生,研究方向:葉輪機械內部流場和氣動聲學,電話(tel.):13817108103; e-mail:mr.leeyang@163.com.歐陽華(聯(lián)系人),男,副教授,電話(tel.):021-64479155;e-mail:oyh@sjtu.edu.cn. 文章編號:1006-2467(2007)09-1522-04 軸流風扇轉子葉片優(yōu)化設計 李楊,歐陽華,杜朝輝 (上海交通大學

中文摘要 i 帶有前掠葉片的軸流風扇空氣動力性能研究 摘要 軸流風扇廣泛應用于計算機cpu散熱及空調通風等場合，為提高風扇的效 率和運行穩(wěn)定性，研究軸流風扇的葉片結構是非常有必要的。 本文采用numeca公司的cfd軟件包fine/turbo對選取的軸流風扇直葉片 與前掠葉片葉頂間隙流場進行數(shù)值模擬，并對結果進行確認研究。在了解軸流 風扇的工作原理的基礎上，利用numeca中的軟件包進行先對模型進行網格劃 分，然后對所得到的網格劃分進行計算設置及計算過程，最后把計算結果進行 后處理。得出軸流風扇直葉片與前掠葉片葉頂間隙流場比較。 通過對計算結果進行分析，前掠葉片風扇的全壓升有一定提高，效率有所 提高，壓力和速度在壓力面和吸力面上的分布有一些差異，包括前掠葉片吸力 面的低壓區(qū)較大、壓力面的高壓較高等，說明前掠葉片的流動損失較小，相對 于直葉片具有較好的氣動性能。 關鍵詞:低

中文摘要 i 帶有前掠葉片的軸流風扇空氣動力性能研究 摘要 軸流風扇廣泛應用于計算機cpu散熱及空調通風等場合，為提高風扇的效 率和運行穩(wěn)定性，研究軸流風扇的葉片結構是非常有必要的。 本文采用numeca公司的cfd軟件包fine/turbo對選取的軸流風扇直葉片 與前掠葉片葉頂間隙流場進行數(shù)值模擬，并對結果進行確認研究。在了解軸流 風扇的工作原理的基礎上，利用numeca中的軟件包進行先對模型進行網格劃 分，然后對所得到的網格劃分進行計算設置及計算過程，最后把計算結果進行 后處理。得出軸流風扇直葉片與前掠葉片葉頂間隙流場比較。 通過對計算結果進行分析，前掠葉片風扇的全壓升有一定提高，效率有所 提高，壓力和速度在壓力面和吸力面上的分布有一些差異，包括前掠葉片吸力 面的低壓區(qū)較大、壓力面的高壓較高等，說明前掠葉片的流動損失較小，相對 于直葉片具有較好的氣動性能。 關鍵詞:低

對目前有無前掠部分的空調軸流風扇和傳統(tǒng)工業(yè)軸流風扇進行了性能實驗測量,同時對內部流場進行了4個工況下的數(shù)值模擬。結果表明,工業(yè)風扇通過相似?；笤诳照{風扇的應用上,由于流動不適應空調結構的特殊要求等原因,達不到應有的效果;目前空調用軸流風扇葉片的前掠部分不僅起導流作用,同時在氣流滿足空調結構需要和壓力分布方面也有重要影響。

溫帆軸流風扇

as（軸流風扇）的注塑成型 許多家電都使用塑料軸流風扇，如排氣扇、電風扇、空 調等。風扇的兩個性能指標--動平衡與軸向跳動，是直接引 起風扇工作時噪音和振動的主要原因。如何降低風扇的這兩 個性能指標，是塑料風扇注塑加工工藝上的技術難關。在不 考慮其他因素的情況下，風扇的軸向跳動（靜態(tài)）控制到不 大于1mm；動平衡可通過加鋁片補償（控制加片量不超過 5g），加片后動平衡控制到小于25個數(shù)字（數(shù)字越小，噪音 越?。?，那么0.74kw的塑料軸流風扇工作時的振動和噪音即 可滿足產品性能要求。 1、選材 1)材料品種就加工塑料軸流風扇而言，采用gfr （玻纖增強）abs和gfras作為原料，其強度、耐熱性、 硬度及尺寸穩(wěn)定性，都比未增強的同類塑料好，能夠滿足 產品的使用要求。在玻纖含量相同的情況下，gfras比 gfrabs的拉伸強度和熱變形溫度兩項指標略高。 2)

軸流風扇選擇

as（軸流風扇）的注塑成型 許多家電都使用塑料軸流風扇，如排氣扇、電風扇、空 調等。風扇的兩個性能指標--動平衡與軸向跳動，是直接引 起風扇工作時噪音和振動的主要原因。如何降低風扇的這兩 個性能指標，是塑料風扇注塑加工工藝上的技術難關。在不 考慮其他因素的情況下，風扇的軸向跳動（靜態(tài)）控制到不 大于1mm；動平衡可通過加鋁片補償（控制加片量不超過 5g），加片后動平衡控制到小于25個數(shù)字（數(shù)字越小，噪音 越?。?，那么0.74kw的塑料軸流風扇工作時的振動和噪音即 可滿足產品性能要求。 1、選材 1)材料品種就加工塑料軸流風扇而言，采用gfr （玻纖增強）abs和gfras作為原料，其強度、耐熱性、 硬度及尺寸穩(wěn)定性，都比未增強的同類塑料好，能夠滿足 產品的使用要求。在玻纖含量相同的情況下，gfras比 gfrabs的拉伸強度和熱變形溫度兩項指標略高。 2)

tcl集團有限公司空調事業(yè)部企業(yè)標準 q/tk××.××－2001 軸流風扇技術條件 批準頁 編制:日期: 審查:日期: 標查:日期: 批準:日期: tcl集團有限公司空調事業(yè)部企業(yè)標準 2 q/tk××.××－2001 軸流風扇技術條件 2001－××-××發(fā)布2001－××-××實施 tcl集團有限公司空調事業(yè)部發(fā)布 i q/tk××.××－2001 前言 本標準對空調器用軸流風

tcl集團有限公司空調事業(yè)部企業(yè)標準 q/tk××.××－2001 軸流風扇技術條件 批準頁 編制:日期: 審查:日期: 標查:日期: 批準:日期: tcl集團有限公司空調事業(yè)部企業(yè)標準 2 q/tk××.××－2001 軸流風扇技術條件 2001－××-××發(fā)布2001－××-××實施 tcl集團有限公司空調事業(yè)部發(fā)布 i q/tk××.××－2001 前言 本標準對空調器用軸流風

軸流風扇選擇 (2)

第41卷第9期 2007年9月 上海交通大學學報 journalofshanghaijiaotonguniversity vol.41no.9 sep.2007 收稿日期:2006-11-22 作者簡介:李楊(1973-),男,沈陽市人,博士生,研究方向:葉輪機械內部流場和氣動聲學,電話(tel.):13817108103; e-mail:mr.leeyang@163.com.歐陽華(聯(lián)系人),男,副教授,電話(tel.):021-64479155;e-mail:oyh@sjtu.edu.cn. 文章編號:1006-2467(2007)09-1522-04 軸流風扇轉子葉片優(yōu)化設計 李楊,歐陽華,杜朝輝 (上海交通大學

為何軸流風扇的葉片均為奇數(shù) 不少細心的玩家會發(fā)現(xiàn)，所有的軸流風扇的葉片數(shù)量均為7、9、11等單數(shù)。 這只是設計上的巧合還是另有奧妙之處呢？ 眾所周知，散熱器的實際散熱效果，很大程度取決于葉片傾角、葉片數(shù)量等 方面的設計。其中，葉片的數(shù)量起著非常重要的作用。 通常散熱器廠家在風扇的設計上，都不約而同地采用增加葉片數(shù)目的方式來 保證一定的風量和風壓。但無論軸流風扇的葉片數(shù)目的是多少，它的葉片結構大 多是7、9、11等單數(shù)葉片組合而成。這是因為奇數(shù)的葉片組合能比偶數(shù)的葉片 組合帶來更多的性能優(yōu)勢。如果一旦葉片數(shù)量為偶數(shù)片設計，并形成對稱的排列 方式的話，那么不但使得風扇自身的平衡性難以調整，而且容易使風扇在高速運 轉時產生更多的共振，從而導致葉片無法長時間承受共振產生的疲勞，最終出現(xiàn) 葉片斷裂等情況。因此，軸流風扇的設計多為不對稱的奇數(shù)片葉片設計。同樣的 設計

為何軸流風扇的葉片均為奇數(shù) 不少細心的玩家會發(fā)現(xiàn)，所有的軸流風扇的葉片數(shù)量均為7、9、11等單數(shù)。 這只是設計上的巧合還是另有奧妙之處呢？ 眾所周知，散熱器的實際散熱效果，很大程度取決于葉片傾角、葉片數(shù)量等 方面的設計。其中，葉片的數(shù)量起著非常重要的作用。 通常散熱器廠家在風扇的設計上，都不約而同地采用增加葉片數(shù)目的方式來 保證一定的風量和風壓。但無論軸流風扇的葉片數(shù)目的是多少，它的葉片結構大 多是7、9、11等單數(shù)葉片組合而成。這是因為奇數(shù)的葉片組合能比偶數(shù)的葉片 組合帶來更多的性能優(yōu)勢。如果一旦葉片數(shù)量為偶數(shù)片設計，并形成對稱的排列 方式的話，那么不但使得風扇自身的平衡性難以調整，而且容易使風扇在高速運 轉時產生更多的共振，從而導致葉片無法長時間承受共振產生的疲勞，最終出現(xiàn) 葉片斷裂等情況。因此，軸流風扇的設計多為不對稱的奇數(shù)片葉片設計。同樣的 設計

基于傳統(tǒng)的風扇設計方法,提出了風扇參數(shù)化設計和流場分析程序.采用vb開發(fā)了cpu軸流風扇空氣動力設計軟件和風扇參數(shù)化設計模擬軟件,使用者只需輸入風扇的基本結構參數(shù),便可由程序自動生成高質量的六面體網格,能自動進行批處理模擬和結果后處理.最后采用該軟件快速對風扇的結構參數(shù)進行性能分析,加深了cpu風扇各主要技術參數(shù)在風扇整體性能中影響程度的認識,為進一步的優(yōu)化設計提供了條件.實踐證明該方法能大大提高風扇設計者的工作效率,具有重大工程應用價值.

軸流風扇性能仿真與分析

本文針對國產300mw汽輪發(fā)電機冷卻用單級軸流風扇的改型設計,分別對有后導葉和無導葉兩種不同方案軸流風扇進行了理論研究及實驗分析,對其在高壓頭、小流量的條件下使用作了性能上的比較,同時利用優(yōu)化方法找出該風扇動葉的扭曲規(guī)律,并對葉輪直徑、輪轂比等關鍵設計參數(shù)的選取進行了分析研究。

旨在對儀器儀表冷卻風扇進行設計與實驗研究,同時用fluent軟件對所設計風扇進行數(shù)值模擬。首先用孤立翼型法,由給定的設計參數(shù)設計出軸流風扇的幾何參數(shù);接著做性能試驗。然后再用fluent計算風扇的性能。最后,對試驗結果與模擬計算結果進行比較,得出結論。

風扇是車輛冷卻系統(tǒng)的主要部件，當前應用比較廣泛的是軸流式風扇，為了提高風扇的冷卻能力，對改進的某型軸流式風扇進行實驗研究和數(shù)值模擬。實驗結果表明，軸流式風扇加裝后導葉片質量流量提高約20％，加裝前導葉片質量流量提高約15％，在提高質量流量方面加裝后導葉要優(yōu)于加裝前導葉。加裝導葉片能在相同轉速下顯著增加風扇的質量流量，提高冷卻性能。以前導葉為例，運用numeca軟件進行數(shù)值模擬計算，數(shù)值模擬結果與實驗較吻合。