内燃机冷却风扇流固耦合分析

随着内燃机动办性能和转速的不断提高,冷却散热问题越来越受到重视,因而对冷却风扇的研究有重要意义.高速旋转的冷却风扇,叶片受风力反作用后的变形对风扇的性能有很大的影响.利用商业软件SC/Tetra和ANSYS,把流场计算得到的叶片表面压力映射到结构分析中去,考虑流场与结构的相互作用,以流固耦合理论来分析叶片变形前后冷却风扇性能的改变.     

表面楔形结构对发动机冷却风扇性能影响研究

采用CFD/CAA分布耦合仿真方法,在额定工况下对发动机冷却风扇叶片吸力面是否设置凸起楔形结构的两种方案的流场与声场进行三维数值模拟,研究了楔形结构对冷却风扇气动性能和噪声性能的影响。结果表明,该楔形结构对冷却风扇气动性能影响较小,而对其噪声性能影响显著;设置了楔形结构后冷却风扇进出风口噪声值分别下降8.8%和8.9%,风量略有增加。通过分析冷却风扇流场及声场的分布情况,可知楔形结构在叶片吸力面起到了"涡流发生器"的作用,促进边界层提前转捩,进而大大降低了叶片表面气流过早分离引起的涡流噪声,因此总声压级也明显下降。     

基于计算流体力学汽车冷却风扇优化设计

发动机是汽车的动力源,而冷却风扇是发动机正常工作的重要保证。基于计算流体力学分析方法,对影响冷却风扇性能的结构参数进行分析,对冷却风扇进行优化设计。建立不同轮毂比、叶片数等的三维模型,利用计算流体力学软件FLUENT对模型进行流场分析,选取入口静压、空气流量、有效功率等参数的变化规律进行对比分析,并采用正交分析法分析二者综合作用下冷却风扇结构参数的最优值。选取优化后冷却风扇轮毂比为0.45、风扇叶片10片,采用风洞试验和发动机台架试验对比优化前后冷却风扇性能变化,并对仿真分析的准确性进行验证。结果可知,优化设计后冷却性能变化明显,仿真与试验误差在5%以内,研究方法和结论可以作为设计生产的参考依据。     

基于双向流固耦合的冷却风扇气动性能仿真分析

发动机冷却风扇在工作过程中,由于叶片表面压力存在一定的结构变形会对风扇的气动性能产生影响,尤其对大尺寸、高负荷风扇的影响更大。基于Ansys Workbench软件,采用双向流固耦合方法对某型号发动机用冷却风扇的气动性能进行了计算分析,并将其结果和不考虑风扇变形的CFD方法得到的风扇气动性能结果与试验值进行了对比。结果表明:考虑了风扇变形因素的双向流固耦合仿真得到的结果更接近于试验值;采用双向流固耦合方法对风扇气动性能进行计算,可显著降低计算值与试验值的偏差。     

直流式风洞风扇段三维流场特性分析

针对某直流低速风洞风扇段的三维流场特性,研究了风扇系统中风扇、整流罩、止旋片三种部件对风扇段三维流场特性的影响情况。对比并分析只有风扇、有风扇与整流罩、有整流罩和风扇以及止旋片的三种结构的风扇系统对于风扇段内部流场速度分布、出口处湍流强度以及流场迹线的影响,研究发现:整流罩、止旋片两个部件对于风扇段内部流场质量具有显著的提升作用。对比并分析风扇叶片数依次为5、7、9,风扇安装角依次是35°、40°、45°,整流罩及止旋片结构不变情况下的共9组风扇系统模型对风扇段内部流场压力分布、速度分布以及流场流线等气动特性的影响,研究发现:风扇叶片安装角为35°,叶片数为5时风扇段内部流场特性最好,安装角为35°,叶片数为5是扇叶的最终选择参数。最后,针对叶片数为5,安装角35°结构的扇叶进行流固耦合分析,模拟仿真发现风扇5个叶片受力情况一致,其中叶尖部位的变形量最大,最大应力集中在叶根部位,符合风洞设计要求。     

平面叶型对冷却风扇性能影响机理研究

以不削弱气动性能为前提,为提高发动机冷却风扇的噪声性能,以计算流体力学(CFD)与计算气动声学(CAA)理论为基础求解冷却风扇的气动性能和噪声性能,并与气动性能试验噪声试验结果进行对比验证了该计算方法的可靠性。对原模型的平面叶型进行优化,得到最低噪声参数组合,经CFD/CAA联合仿真验证,优化后风扇模型的气动性能与噪声性能均得到改善,从流场与声场分布的角度对优化前后的冷却风扇进行详细的对比,进一步地分析优化前后冷却风扇气动性能和噪声性能变化的机理,深入地研究其叶片结构参数对冷却风扇性能的影响机理。     

掠叶型对小型轴流风扇性能的影响研究

利用Fluent软件对某小型轴流风扇及其前掠10°和后掠10°改型风扇的三维流场进行了数值模拟,研究动叶轮的掠型对风扇性能的影响.数值分析表明前掠叶片增大了风扇的流量,降低了流动损失;后掠叶片风扇降低了气动性能,不仅使风扇的做功能力减少,而且大大增加了流动损失.     

航空发动机风扇叶片表面粗糙度影响的研究

某型航空发动机在三次修理后存在性能下降的问题,分解发现发动机风扇叶片由于使用时间较长导致表面质量较差,表面粗糙度值较大.为研究航空发动机性能下降与风扇叶片表面粗糙度的关系,应用数值模拟方法,对不同叶片表面粗糙度的风扇性能及流场进行分析,并通过试车进行验证.通过研究确认,风扇叶片表面粗糙度值过大会导致航空发动机性能下降.     

航空发动机风扇叶片表面粗糙度影响的研究

某型航空发动机在三次修理后存在性能下降的问题,分解发现发动机风扇叶片由于使用时间较长导致表面质量较差,表面粗糙度值较大.为研究航空发动机性能下降与风扇叶片表面粗糙度的关系,应用数值模拟方法,对不同叶片表面粗糙度的风扇性能及流场进行分析,并通过试车进行验证.通过研究确认,风扇叶片表面粗糙度值过大会导致航空发动机性能下降.     

S型进气道对风扇叶片振动的影响（英文）

S型进气道广泛应用于现代航空发动机。其气流转角及进气道引起的流动畸变现象能导致叶片振动问题发生,如叶片颤振和强迫响应。本文考虑了S型进气道的影响,分析风扇叶片的振动特性。采用S型进气道与Rotor67风扇叶片相结合的模型,使用课题组内基于流固耦合算法的气动弹性分析程序,对风扇叶片进行气动弹性分析。在流体域内,使用基于有限体积法的三维非结构化网格的可压缩流体求解器,结构动力学求解器采用模态叠加方法求解叶片振动。进气道与风扇交界面处采用掺混面和滑移面两种处理方法,分别代表不考虑进气道的影响和考虑进气道及流动畸变的影响。计算对比了两种情况下的气动阻尼值,并分析了风扇叶片对进气道的瞬态响应。本文证明了S型进气道能够增加叶片强迫响应及引发叶片颤振,对风扇叶片的振动造成严重的影响。     

双吸离心通风机流场数值研究

针对某双吸离心通风机,生产企业为节约成本,对风机轴向尺寸、进气室和蜗壳形线等结构参数进行了重新设计。为验证改进方案是否对风机气动性能产生较大影响,本文对原型风机和改进后风机的流场进行数值模拟,并在此基础上分析了相关流动特征及外特性之间的关联性。研究结果表明改进后的风机气动性能大幅下降,流场细节的对比分析发现进气室和蜗壳的改进对风机性能的负面影响最大。最后对风机气动性能的后续改进提出建议。     

应用正交试验法冷却风机结构参数优化设计

强制通风冷却是电驱动式自卸车轮边驱动电机冷却的重要形式,需要设计专门的冷却风机和冷却风道,冷却风机的性能直接影响系统的正常工作;安装空间限制了冷却风机的尺寸,根据某车型的结构尺寸和冷却系统的结构特点,选用离心式冷却风机,对其结构参数进行设计和分析;基于计算流体力学仿真分析对影响风机性能的结构参数进行单因素分析,获得参数对气动性能的影响规律,获取主要的影响因素;基于正交试验法,对多因素组合对冷却风机性能的影响进行分析,获取最优组合,从而对冷却风机的结构参数进行优化。采用冷却风道对优化前后风机的性能进行对比分析;结果可知:优化后风机流量为4.36m~3/s,消耗的功率为34.2kW,比原始设计模型流量增加了19.8%,而功率只增加了16.3%;对优化模型的试验结果也说明风机的性能有了明显的提升,对风机的整体优化具有指导意义。     

带扩散塔的矿用对旋式轴流通风机三维流场数值模拟

以带扩散塔的矿用对旋式轴流通风机为研究对象,应用计算流体力学软件FLUENT对通风机气动性能进行三维流场模拟,研究通风机内部三维流场的流动状况;结果表明:受扩散塔结构的影响,气流在进入扩散塔区域后其速度和方向发生了改变,导致气流在扩散塔出口处左侧区域的流动速度变得缓慢,而在扩散塔出口处右侧区域其气流的流动速度却变快。同时在靠近扩散塔左壁面区域出现了回流现象,从而造成了气流流速和压力在扩散塔出口处的分布极不均匀,加大了气流与右壁面的摩擦,进而降低通风机的气动性能。针对现有通风机扩散塔结构设计中存在的不足,文中提出了相应改进方案,该方案可以有效遏制扩散塔出口处回流的形成,改善通风机流道内气流的流动状况,同时提高矿用对旋式轴流通风机的气动性能。研究结果对矿用对旋式轴流通风机的优化设计具有一定的指导意义。     

轴流式通风机非设计工况下流场的数值研究及性能预测

利用Fluent软件,以OB-84型轴流通风机为对象,采用SIMPLE方法求解了N-S方程和Realizablek-ε湍流模型,对轴流式通风机的内部三维粘性流场进行了数值模拟研究,获得了设计工况下风机内部许多流动细节、规律及性能参数,并得出了结论。     

喷嘴雾化流场数值仿真及结构改进研究

针对空气喷嘴形状对雾化性能影响的问题,对不同扇面结构参数下的空气喷嘴的雾化性能进行了研究,对空气喷嘴结构参数与雾化流场之间的规律进行了归纳,提出了一种空气喷嘴的结构模型,基于雷诺N-S方程与标准K-ε湍流模型以及标准壁面函数法,采用CFD方法对不同扇面孔数量及不同扇面锥角下的空气喷嘴的雾化性能进行了数值仿真,分析了空气喷嘴不同扇面参数的改变对雾化性能的影响,并通过搭建喷枪台架实验,对优选的结构模型进行了实验验证。研究结果表明,仿真结果与实验数据基本符合要求,改进后的空气喷嘴雾化性能得到了改善,为今后空气喷嘴结构的优化设计提供了一定的参考。     

Experimental and numerical analysis on the effect of inlet distortion on the performance of a centrifugal fan with a mixing chamber

Inlet flow distortions, which are caused by fluid mixing, cause a significant deterioration in fan performance. An experimental test rig for an industrial fan with dual inlets and a mixing chamber was constructed. The flow fields in the mixing chamber of the fan were numerically investigated. Consequently, impact parameters, including the length of the mixing chamber (100, 200, and 300 mm) and the mass flow rate ratio (1 to 10), as well as their effects on fan performance, were discussed. A generalized formula considering the Reynolds number, hydraulic diameter, and mixing length was proposed to predict the pressure drop in dual inlets. Results show that the efficiency of and pressure in the fan decreased by 6.5% and 203 Pa, respectively, under mixing inlet condition. Optimum fan performance is achieved at a flow rate ratio of 5 under the same mass flow rate. The increase in the flow rate ratio kept the fan performance almost constant. At the design stage, fan performance and pressure decrease by an average of 2% and 70 Pa in increments of 100 mm mixing length, respectively. The results presented in this paper provide a basis in the design optimization of mixing structures.     

集流器形式对轴流式风机性能影响的研究

采用CFD数值模拟方法研究了不同结构形式集流器对大型轴流式风机性能的影响.计算得到了风机压升和效率随流量变化的性能曲线,对比分析了不同结构形式集流器对风机性能影响的原因,为合理设计与选择集流器形式改善风机性能提供了依据.     

Numerical and experimental investigation of the bell-mouth inlet design of a centrifugal fan for higher internal flow rate

The energy efficiency of a household refrigerator is one of the most critical characteristics considered by manufacturers and consumers. Numerous studies in various fields have been conducted to increase energy efficiency. One of the most efficient methods to reduce the energy consumption of a refrigerator is by improving the performance of fans inside the refrigerator. A number of studies reported various ways to enhance fan performance. However, the majority of these studies focused solely on the fan and did not consider the working environment of the fan, such as the inlet and outlet flow characteristics. The expected performance of fans developed without consideration of these characteristics cannot be determined because complex inlet and outlet flow passage could adversely affect performance. This study investigates the effects of the design of the bell-mouth inlet on the performance of a centrifugal fan in a household refrigerator. In preliminary numerical studies, significant flow loss is identified through the bell-mouth inlet in the target fan system. Several design factors such as tip clearance, inner fence, motor-box struts, and guide vane are proposed to resolve these flow losses. The effects of these factors on fan performance are investigated using computational fluid dynamics techniques to solve incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations for predicting the circulating flow of the fan. Experiments are then performed to validate the numerical predictions. Results indicate that four design factors positively affect fan performance in terms of flow rate. The guide vane is the most effective design factor to consider for improving fan performance. Further studies are conducted to investigate the detailed effects of the guide vane by varying its install angle, install location, height, and length. These studies determine the optimum design of the guide vane to achieve the highest performance of the fan and the related flow characteristics around the bell mouth.     

雷达电子设备通风口结构对风机性能的影响

文中以某机载雷达电子设备机箱为研究对象,采用Icepak热仿真软件,研究了通风口的面积和长宽比的变化对机箱内强迫风冷散热系统性能的影响。结果表明：在风机型号和机箱内部结构一定时,相比于风机的总通风面积,当通风口的面积过小时,风机的性能较差;随着通风口面积的增加,风机的风量增加,风阻降低;当通风口的面积接近或大于风机的总通风面积时,风机风量较大,再继续增加通风口面积,风机的风量没有明显增加;当通风口长宽比过小时,风机的风量会降低,风阻会增加;当通风口的开口结构与风机的排布方式一致时,风机的性能最佳。     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF PASSIVE CONTROL ON UNSTABLE CHARACTERISTICS IN AXIAL FLOW FAN

ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＩＮＶＥＳＴＩＧＡＴＩＯＮＯＦＰＡＳＳＩＶＥＣＯＮＴＲＯＬＯＮＵＮＳＴＡＢＬＥＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳＩＮＡＸＩＡＬＦＬＯＷＦＡＮ①ＬｉａｎｇＸｉｚｈｉＷｕＨａｉＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓＡｂｓｔｒ...