利用SOLIDWORKSFlowSimulation驗證無葉風扇流量倍增技術(shù)

1、圖2利用SOLIDWORKSFlowSimulation驗證無作者：暫無來源：智能制造2017年第8期無葉風扇以其獨特的造型以及高效的通風性能為世人所熟知，其安全性與創(chuàng)造性的設(shè)計，對風扇行業(yè)產(chǎn)生了較大的影響。本文以無葉風扇為研究對象，模擬了無葉風扇整機與外部流場，驗證了流量倍增現(xiàn)象。一、引言風扇在傳統(tǒng)觀念里，都是指帶有葉片的旋轉(zhuǎn)機械，依靠旋轉(zhuǎn)出風。但到了2009年，英國的發(fā)明家JamesDyson推出了一款新發(fā)明無葉風扇。無葉風扇沒有傳統(tǒng)電風扇的葉片，它吹出的風比較柔和，且無沖擊感。因為它在外觀上沒有葉片，可以防止旋轉(zhuǎn)的風扇造成誤傷，使用更加安全可靠。其利用出風口的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠帶動更多周

2、圍的空氣向前運動，從而使空氣流量增加15倍左右。其工作原理如圖1所示。二、三維模型的創(chuàng)建由于無葉風扇物理原型比較復(fù)雜，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)配合的裝置繁雜，包括葉輪、電機和一些蓋板等。為了進行數(shù)值模擬研究，將其中一些部件作了簡化處理。設(shè)定入口處為一恒定流量入口。簡化后的模型全流場如圖2所示。圖3中包含了無葉風扇內(nèi)部流動與外部流動情況。解釋了在數(shù)值模擬時，流體從底端進口進入，通過出口狹縫流至外界。周圍的空氣也被從狹縫流出的空氣所帶動，合流向前運動。三、網(wǎng)格劃分為了保證在狹縫處的計算精度需要設(shè)置最小間隙為2mm，全局網(wǎng)格為4級最終劃分網(wǎng)格數(shù)量約為320萬，網(wǎng)格切面圖如圖4所示。四、設(shè)定邊界條件本研究中三維數(shù)值

3、計算以體積流量進口為進口邊界條件；以環(huán)境壓力為出口邊界條件。入口條件為恒定體積流量27m3/h。計算域模型直徑為640mm、1000mm和1200mm，分別進行計算模擬和流動分析，以便獲取較為合理的計算域。下面就從速度分布角度來研究這3種不同計算域的流場分布情況。五、速度分布結(jié)果圖5為不同計算域模型XY平面速度等高線圖，從中可以發(fā)現(xiàn)，幾種尺寸的計算域速度大小接近，速度梯度分布大致相同，基本符合周圍氣流被帶動的效果。流動中，除了640mm模型，其余2個模型風圈背后且靠近狹縫處有小面積的相對高速區(qū)域,且形狀較為接近。而640mm模型由于流動計算區(qū)域尺寸較小的原因，此相對高速區(qū)域較大，幾乎覆蓋整個風

4、圈中心區(qū)域，此現(xiàn)象極可能是由于計算區(qū)域較小造成的流體流動受擠壓匯聚而引起的。六、流量倍增原因解析通過查看結(jié)果中的表面參數(shù)可以得到參考面的體積流量約為0.0923m3/s,結(jié)果如圖6所示?；M口處的體積流量設(shè)為Q1：Ql=0.0075m3/s出口處的體積流量設(shè)為Q2,由于流場每一個橫截面上的質(zhì)量流量數(shù)值均有差別，所以這里以圖6所示的截面體積流量為例來計算說明倍率關(guān)系：Q2=0.0923m3/s增大倍數(shù)定義為K,即：K=Q2/Q1=0.0923/0.0075=12.3由于本研究只考慮了科恩達曲面對流場的影響，而忽略了渦輪的影響，因此流量增大倍數(shù)和相關(guān)文獻中提到的約為15倍有一定差別。七、結(jié)語本文介紹了使用SOLIDWORKSFlowSimulation模擬無葉風扇的流動情況。介紹了模型的簡化、網(wǎng)格的劃分以及邊界條件的設(shè)定。分別模擬了不同計算域?qū)δM結(jié)