【正文】 風(fēng)機(jī)的全壓。風(fēng)機(jī)出口截面上氣體的動(dòng)壓，定義為風(fēng)機(jī)的動(dòng)壓。在同一截面上氣體的靜壓和動(dòng)壓之和，叫做氣體的全壓。叫做該截面上氣體的靜壓。壓力（1）氣體的壓力氣體在平直流道中流動(dòng)時(shí)。如無特殊說明，是指風(fēng)機(jī)進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容積流量。但在汽車用軸流風(fēng)機(jī)中風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的壓力往往有特殊的要求。p911風(fēng)機(jī)進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)風(fēng)機(jī)進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度為20℃，相對(duì)濕度為50%時(shí)的空氣狀態(tài)。 風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)及相關(guān)名詞風(fēng)機(jī)的流量、壓力、功率、效率和轉(zhuǎn)速是用以表示風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)，統(tǒng)稱為風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)[10]。前導(dǎo)葉在葉輪前使氣流產(chǎn)生旋繞，可以改變氣流進(jìn)入葉片的入口氣流角，從而改變?nèi)~輪的氣動(dòng)性能；后導(dǎo)葉將葉輪后氣流旋繞產(chǎn)生的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫ι撸瑥亩鴾p少風(fēng)機(jī)的水力損失。集流器與流線罩集流器與流線罩組合形成一個(gè)漸縮的光滑通道，有利于氣流順暢地進(jìn)人輪轂與機(jī)殼風(fēng)筒之間，減少氣流進(jìn)口損失。葉片截面可能是機(jī)翼型，也有單板的。葉輪p162葉輪是風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵部件，它的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳遞給所輸送的氣體。希望在完成本課題的研究分析的過程后，整個(gè)設(shè)計(jì)思路對(duì)提高軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)水平、減少設(shè)計(jì)周期有較大的作用。因此，解決本課題的基本思路為：通過CFX10的分析，初步了解扇葉輪轂運(yùn)轉(zhuǎn)所消耗的能量，并初步估計(jì)其對(duì)扇葉流場的影響；通過對(duì)流場的分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，逐步完善流體分析的細(xì)節(jié)工作，爭取最大限度地與實(shí)際狀態(tài)相符合；通過扇葉的簡單變形分析初步確定扇葉的強(qiáng)度，為改進(jìn)提供一定的分析依據(jù)；通過扇葉的簡單模態(tài)分析，為扇葉避免工作在共振區(qū)附近的轉(zhuǎn)速提供一定的思路。對(duì)比幾種風(fēng)機(jī)性能預(yù)測方法如表11所示：表11 三種風(fēng)機(jī)性能預(yù)測方法對(duì)比情況評(píng)價(jià)指標(biāo)經(jīng)驗(yàn)公式CFD模型試驗(yàn)風(fēng)機(jī)幾何復(fù)雜程度簡單不限不限對(duì)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的依賴完全依賴不依賴不依賴預(yù)測成本最低較低最高預(yù)測周期最短較短最長預(yù)測信息量很少最詳細(xì)較多預(yù)測可靠性最差較好最好 解決本課題的基本思路本課題旨在對(duì)軸流風(fēng)機(jī)扇葉的設(shè)計(jì)計(jì)算和流場分析方面作一些探索及應(yīng)用研究，采用的技術(shù)路線為：使用CATIA軟件進(jìn)行實(shí)體造型，生成有厚度的扇葉；接下來采用CFXBladeGen進(jìn)行模型重建，用CFXTurboGrid完成高質(zhì)量的分塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的劃分工作；通過CFX10強(qiáng)大的分析功能對(duì)扇葉進(jìn)行流場分析，充分發(fā)揮CFD分析技術(shù)的強(qiáng)大功能，計(jì)算軸流風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量并進(jìn)行性能預(yù)估，再通過流場分析做適當(dāng)?shù)脑u(píng)判及改進(jìn)工作。由于經(jīng)驗(yàn)公式一方面不能反映微小的設(shè)計(jì)差異對(duì)性能的影響，另一方面只能給出風(fēng)機(jī)的總體參數(shù)。流場分析的結(jié)果可以使設(shè)計(jì)人員了解流態(tài)特征，辨明哪些是所需要的氣流特性，哪些是不需要的氣流特性，從而確定其設(shè)計(jì)是否合理，或者還需要某種改進(jìn)。目前，CFD應(yīng)用于軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中[3~9]，主要考慮了軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件之間的氣流的相互影響，即扇葉與流線罩之間，扇葉與輪轂之間氣流的相互影響，可以得到較為可靠的分析結(jié)果。CFD 研究成果與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合成為極大難題。一般工程技術(shù)人員很難較深入地了解這門學(xué)科，由專家編制的程序用起來也不容易，因?yàn)榭傆胁簧贄l件、參數(shù)要根據(jù)具體問題以及運(yùn)算過程隨時(shí)做出修改調(diào)整，若不熟悉方法和程序，往往會(huì)束手無策。但在其他方面，主要還是在學(xué)術(shù)范圍內(nèi)開展研究工作，真正在工程設(shè)計(jì)中實(shí)際應(yīng)用并不多。CFD 通用軟件包的出現(xiàn)與商業(yè)化，對(duì)CFD 技術(shù)在工程應(yīng)用中的推廣起了巨大的促進(jìn)作用。通過CFD方法對(duì)軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場進(jìn)行全三維數(shù)值模擬，可以得到流體的速度矢量及壓力分布，進(jìn)一步分析扇葉對(duì)流場的影響。CFD的基本思想是：把時(shí)間和空間上都連續(xù)的物理量用一系列有限個(gè)離散點(diǎn)上的變量值的集合來代替，通過一定的原則建立起關(guān)于這些離散點(diǎn)上變量之間關(guān)系的代數(shù)方程組，然后迭代求解這些方程組獲得物理量的近似值，通過改變邊界條件，可以得到不同情況下的物理量，可以認(rèn)為，CFD相當(dāng)于“虛擬”地在計(jì)算機(jī)上做實(shí)驗(yàn)，用以模擬仿真實(shí)際的流體流動(dòng)情況。本課題將采用現(xiàn)今先進(jìn)的CFD的方法進(jìn)行探索性研究的設(shè)計(jì)計(jì)算。目前新型風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)主要依靠模型試驗(yàn)以及參照現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)資料或按照相似原理來進(jìn)行設(shè)計(jì)。但對(duì)汽車用風(fēng)扇而言，往往因車身空間的限制和高散熱量的需求，需要體積小、送風(fēng)量大的風(fēng)機(jī)，且無傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)較長的風(fēng)道和前、后導(dǎo)葉，因而扇葉設(shè)計(jì)更是該類風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。軸流風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉的作用就是消除從扇葉出口流出流體的速度環(huán)量，將流體圓周速度的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓能，并利用其擴(kuò)散的作用，減小流速，將部分軸面速度的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，從而減小壓力管路中的水力損失。導(dǎo)葉是軸流風(fēng)機(jī)中的一個(gè)重要組成部分，流體在流出軸流風(fēng)機(jī)扇葉之后，具有一定的速度環(huán)量。一般來講，對(duì)風(fēng)機(jī)扇葉的設(shè)計(jì)要求精度越高越好。 軸流風(fēng)機(jī)的研究的現(xiàn)狀由于在風(fēng)機(jī)入口到出口的流通部分中流動(dòng)過程相當(dāng)復(fù)雜，且扇葉又處于旋轉(zhuǎn)中，因此對(duì)各項(xiàng)水力損失的研究變得十分困難。本課題是針對(duì)我公司QS1304冷凝器風(fēng)扇為主要研究對(duì)象進(jìn)行的分析，主要分析的內(nèi)容是其風(fēng)扇扇葉的流場分析、簡單的變形分析和模態(tài)分析。軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)出能保證各項(xiàng)性能要求的高效率扇葉。軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的研究，為掌握軸流風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性能及優(yōu)化風(fēng)機(jī)的過流部件提供了可靠的依據(jù)；對(duì)改善風(fēng)機(jī)性能提出有效的方法，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有著極其深遠(yuǎn)的意義。軸流風(fēng)機(jī)與常用的離心風(fēng)機(jī)相比是一種大流量低揚(yáng)程的風(fēng)機(jī)。面對(duì)國內(nèi)國際上日益激烈的競爭環(huán)境，美、德、日等國汽車工業(yè)正在進(jìn)行咄咄逼人的蓬勃發(fā)展，而我國汽車工業(yè)自主開發(fā)能力則長期處于相對(duì)較弱的水平，主要靠對(duì)國外產(chǎn)品的模仿改造，這極大地阻礙了我國汽車工業(yè)的發(fā)展。s experimental specialities and simulated specialities。 2. Study the affections of fanner’s parts to the flow field and fanner’s performance and result that the fan lamina is the main factor。本課題的主要研究內(nèi)容為：詳細(xì)研究了在實(shí)際風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的流場，結(jié)合風(fēng)機(jī)測試方法選用了與測試狀態(tài)接近的邊界條件；研究了風(fēng)機(jī)各部分對(duì)扇葉流場及風(fēng)機(jī)性能的影響，得出扇葉是影響的主要因素的結(jié)果，確定了以扇葉流場為重點(diǎn)的研究對(duì)象；詳細(xì)研究了我公司QS1304風(fēng)扇扇葉周圍氣體在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的流場，并提出了改進(jìn)方案，同時(shí)完成了扇葉的實(shí)驗(yàn)特性與仿真特性的對(duì)比分析；通過對(duì)改進(jìn)前后的扇葉進(jìn)行扇葉送風(fēng)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬計(jì)算結(jié)果，初步證明了本文數(shù)值模擬方法的正確性與可行性，并基于本文分析的結(jié)果提出了一些有助于以后扇葉設(shè)計(jì)的意見和建議；研究了扇葉在工作狀態(tài)下的簡單變形分析和簡單模態(tài)分析。在探索性研究中，我們采用了流場從整體到局部的分析方法。軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的研究，為掌握軸流風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性能及優(yōu)化風(fēng)機(jī)的過流部件提供了可靠的依據(jù)；對(duì)改善風(fēng)機(jī)性能提出有效的方法，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有著極其深遠(yuǎn)的意義。摘 要軸流風(fēng)機(jī)與常用的離心風(fēng)機(jī)相比是一種大流量低揚(yáng)程的風(fēng)機(jī)。因其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，它在汽車領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大作用。本論文正是針對(duì)上述問題，通過CFD方法對(duì)軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場進(jìn)行三維數(shù)值模擬，得到流體的速度矢量及壓力分布，分析扇葉產(chǎn)生的流場，為提高風(fēng)機(jī)性能的作了一定的探索性研究。在初步明確了風(fēng)機(jī)各部分對(duì)扇葉流場及風(fēng)機(jī)性能的影響后，重點(diǎn)對(duì)風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵零件——扇葉進(jìn)行了比較細(xì)致的分析。關(guān)鍵詞：軸流風(fēng)機(jī)，扇葉，流場，CFD，三維數(shù)值模擬ABSTRACTIn parison with mon centrifugal fanner, axialflow fanner has a bigger flux and lower lift. It plays a large role in motor field due to its simple structure and convenient management. The study on the inner flow field of the axialflow fanner will provide reliable evidences to the fanner’s air dynamic performance and to the optimization of the flowpassed parts. The effective method to improve the fanner’s performance also has deep significance for the development of country economics.Aiming to above problem, this paper makes use of 3D numerical simulation on inner flow field in axialflow fanner by CFD method to obtain the flow velocity vector and pressure distribution and, basing on the analysis of the flow field of the fan lamina, then proceed some exploring studies for improving the performance of the fanner. In the exploring studies, we adopt globallocal analysis method on flow field. After primary ensure the affections of fanner’s parts to the flow field and fanner’s performance, we emphasis on the key part – fan lamina – to detail analysis.The main contents include: 1. Study the flow field detailly under the real wind tunnel experimental condition during which, with bination of fanner experimental methods, we select appropriate boundary condition close to experimental status。3. Study the flow field of QS1304 fan lamina of our Corporation under the experimental status, thus, provide an improved scheme and, simultaneously, carries out the putation and parative analysis between the fan39。 4. From the wind experiments of the pre (original) fan lamina and post (improved) fan lamina, the parison between the experimental data and simulated putational results verifies the validity andfeasibility of the numerical simulation method in the paper. Basing on the analysis results, we propose some suggestions to the future fan lamina design.5. Study the simple form changing analysis and simple structural analysis of the fan lamina on work status.
Keyword: Axialflow fanner, fan lamina, flow field, CFD, 3D numerical simulation 目錄摘 要 IABSTRACT II目錄 IV第一章 概 述 1 本課題的目的和意義 1 軸流風(fēng)機(jī)的研究的現(xiàn)狀 1 CFD及其在軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 2 解決本課題的基本思路 4第二章 軸流風(fēng)機(jī)一般設(shè)計(jì)理論 5 軸流通風(fēng)機(jī)的一般結(jié)構(gòu) 5 風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)及相關(guān)名詞 5 軸流風(fēng)機(jī)扇葉傳統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的假定 7 軸流風(fēng)機(jī)常用設(shè)計(jì)方法 7第三章 基本物理模型 9 流體動(dòng)力學(xué)控制方程 9 質(zhì)量守恒方程 9 動(dòng)量守恒方程 9 能量守恒方程 10 組分質(zhì)量守恒方程 11 三維湍流模型 11 湍流模型理論簡史 12 幾種典型的湍流數(shù)值模擬方法及湍流模型簡介 14 受壁面限制的湍流流動(dòng)的近壁面處的處理方法 19 壁面方程和近壁面模型 21 旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系中的流動(dòng) 22 網(wǎng)格剖分技術(shù) 22 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 22 分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 23 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 23 結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的應(yīng)用 25 網(wǎng)格的質(zhì)量評(píng)判 26 計(jì)算收斂性判斷 26第四章 軸流風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性能的數(shù)值模擬 28 本課題數(shù)值模擬的工作內(nèi)容 28 扇葉流場初探 28 QS1304軸流風(fēng)機(jī)扇葉內(nèi)部流場數(shù)值模擬 31 分析對(duì)象描述 31 確定計(jì)算區(qū)域 32 劃分網(wǎng)格 33 材料選擇及邊界條件設(shè)置 34 求解參數(shù) 35 仿真結(jié)果分析 35 扇葉改