冷卻風(fēng)扇畢設(shè)

學(xué)校：江蘇大學(xué)姓名：李劍壘指導(dǎo)老師：朱茂桃職稱：教授低噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)01緒論緒論01020304汽車的大規(guī)模應(yīng)用，全球的汽車保有量特別是中國的汽車保有量激增，且還將繼續(xù)增加。更新更嚴(yán)的排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)；更高的駕駛動(dòng)力需求導(dǎo)致現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)散熱要求更加苛刻，工作環(huán)境更加惡劣。駕車人員對(duì)乘坐環(huán)境的舒適性和低噪聲提出的高要求。當(dāng)前國內(nèi)散熱中小企業(yè)在風(fēng)扇研發(fā)方面對(duì)的亂局。選題背景緒論舒適提升銷量增加

滿足散熱排放降低

減少成本利潤提升

當(dāng)代駕車人更多的認(rèn)為汽車不僅是一個(gè)代步工具，還是現(xiàn)代舒適生活的延伸。更強(qiáng)的散熱能讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作在更加惡劣的熱環(huán)境下。從而讓發(fā)動(dòng)機(jī)不僅提升功率還降低排放。結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)（CFD）和計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)的先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法明顯會(huì)提升中小企業(yè)的風(fēng)扇性能。增加中小企業(yè)的市場占有率提升利潤！研究意義02研究方法與思路研究方法與思路利用CATIA建立風(fēng)扇的模型等間距風(fēng)扇不等間距風(fēng)扇不等間距施加仿生溝槽的風(fēng)扇研究方法與思路散熱低噪強(qiáng)度成本通過成熟的翼型保證風(fēng)量達(dá)到2300通過不等間距化和仿生溝槽設(shè)置讓聲壓級(jí)低于68dB流固耦合計(jì)算保證應(yīng)力應(yīng)變?cè)诓牧系脑S用應(yīng)力和應(yīng)變內(nèi)。不增加模具的制造成本，大量電腦仿真計(jì)算降低成本。03研究成果與應(yīng)用研究成果與應(yīng)用穩(wěn)態(tài)數(shù)值計(jì)算01風(fēng)量計(jì)算02靜壓云圖03矢量圖04湍動(dòng)能分布圖05風(fēng)量對(duì)比分析對(duì)比分析06研究成果與應(yīng)用不等間距和本次的仿生均有讓靜壓分布更加均勻的效果。但不等間距化時(shí)風(fēng)扇葉片相距較遠(yuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大的間隙對(duì)風(fēng)量有削弱作用。本次仿生會(huì)進(jìn)一步均勻分布靜壓，卻不會(huì)對(duì)最大靜壓的數(shù)值有什么影響。隨著靜壓的分布均勻，前后葉片之間的壓差減小，降低了相鄰葉片之間的湍流強(qiáng)度的同時(shí)流動(dòng)阻力也會(huì)減小，風(fēng)量得以進(jìn)一步增加。研究成果與應(yīng)用等間距風(fēng)扇的前緣空氣流速最大，高速區(qū)域集中在前緣，這就導(dǎo)致那一塊空氣流動(dòng)復(fù)雜，并且對(duì)空氣做功不均勻會(huì)讓風(fēng)扇的氣動(dòng)性能和噪聲性能均有所下降。不等距化后每一片葉片上的速度矢量分布更加均勻，但是葉片與葉片之間速度矢量的分布有了很大的差異，這讓一些與前后葉片相隔角度稍大的葉片，表面速度明顯低于其他葉片。這說明這片葉片對(duì)空氣做功的能力相對(duì)弱，會(huì)導(dǎo)致氣動(dòng)性能的下降。研究成果與應(yīng)用添加仿生元素之后的吸力面湍動(dòng)能的分布也更加分散，這與靜壓分布是相互一致的。更加分散的湍動(dòng)能也會(huì)帶來能量損失的進(jìn)一步減少，增加風(fēng)扇的效率。而且等間距分布的葉片其最大湍動(dòng)能為15.73m^2s^-2。不等距后最大湍動(dòng)能反而有所增加，為15.96m^2s^-2。仿生后，對(duì)最大湍動(dòng)能和湍動(dòng)能分布范圍的降低均很明顯，最大湍動(dòng)能為14.73m^2s^-2。研究成果與應(yīng)用散熱降噪結(jié)論一結(jié)論二不等間距對(duì)風(fēng)量削弱作用明顯。削弱達(dá)10.2%。仿生化溝槽能提升風(fēng)量。提升效果原始風(fēng)量的3.9%。根據(jù)湍動(dòng)能和靜壓分布云圖可知不等間距降噪效果明顯。仿生化后降噪效果更進(jìn)一步。研究成果與應(yīng)用瞬態(tài)數(shù)值計(jì)算01噪聲仿真計(jì)算02聲壓分布圖03聲壓頻譜圖04對(duì)比分析05噪聲對(duì)比分析研究成果與應(yīng)用

沒有經(jīng)過優(yōu)化的等距風(fēng)扇模型其2BPF（二階葉頻）中最大聲壓值是最大的而且最大和最小聲壓值相差很大，這在經(jīng)過不等距化的模型中是不會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象。經(jīng)過不等距化后其二階葉頻中最大聲壓級(jí)明顯下降但是一階葉頻中的最大聲壓級(jí)又明顯上升至57.8dB，聲學(xué)能量往第一階通過頻率上累積。在仿生化后相對(duì)原始的等間距風(fēng)扇其第一階和第二階葉頻上的最大聲壓級(jí)均減小，可以預(yù)見降噪取得了不錯(cuò)的效果。等間距不等間距仿生研究成果與應(yīng)用由對(duì)比圖可知不等間距對(duì)風(fēng)扇的施加的降噪效果明顯，無論在進(jìn)風(fēng)口還是出風(fēng)口均可以減少4dB左右的風(fēng)扇噪聲。仿生槽的施加對(duì)降噪也有一定程度的好處使風(fēng)扇進(jìn)出風(fēng)口的聲壓級(jí)均下降了1dB左右。可知此次對(duì)風(fēng)扇的不等間距設(shè)計(jì)和仿生設(shè)計(jì)在降噪方面均是有明顯成效的。前進(jìn)風(fēng)口后出風(fēng)口研究成果與應(yīng)用不等間距仿生結(jié)論一結(jié)論二不等間距對(duì)風(fēng)扇的降噪效果明顯，無論是入口還是出口相比等間距風(fēng)扇聲壓級(jí)降低4dB左右。聲學(xué)能量在前四階頻率上分布減少的明顯。簡單的仿生溝槽的設(shè)計(jì)就可以讓噪聲在不等間距風(fēng)扇的基礎(chǔ)上在降低1dB左右。仿生化設(shè)計(jì)會(huì)進(jìn)一步平均前四階的聲學(xué)能量的分布。研究成果與應(yīng)用穩(wěn)態(tài)數(shù)值計(jì)算01流固耦合計(jì)算02應(yīng)力分布圖03總變形分布圖04對(duì)比分析05流固耦合分析研究成果與應(yīng)用顯而易見的是等距風(fēng)扇的變形非常規(guī)則，每片葉片的變形均相同，但是其大變形區(qū)域卻明顯大于其余兩種風(fēng)扇。仿生之后的風(fēng)扇其最大變形確實(shí)是三種風(fēng)扇中最大的但是并沒有增加多少（相對(duì)不等間距分布的風(fēng)扇）。不等間距分布風(fēng)扇最大變形0.77mm，仿生化后最大變形為0.83,mm，增加了有0.06mm。研究成果與應(yīng)用在吸力面最大應(yīng)力的位置分布上三種風(fēng)扇幾乎是一致的最大應(yīng)力區(qū)域都集中在葉尖的后緣處或者葉根部位。在不等距化后小應(yīng)力區(qū)域明顯擴(kuò)大，但是作為代價(jià)的是最大應(yīng)力有明顯增加增加到17.257MPa。與之相對(duì)應(yīng)的等間距分布風(fēng)扇最大應(yīng)力才12.484MPa。當(dāng)然這一切都是在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，都是可以接受的。仿生化后并沒有過多的導(dǎo)致最大應(yīng)力上升，相對(duì)不等間距分布的風(fēng)扇最大應(yīng)力只增加了不到0.1MPa。研究成果與應(yīng)用不等間距仿生結(jié)論一結(jié)論二不等間距對(duì)風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響明顯，最大變形相比不等間距風(fēng)扇增大50%，最大應(yīng)力相對(duì)等間距增大38%.但是仍然都在許用范圍內(nèi)。仿生化對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變的影響都很小雖然都是導(dǎo)致向危險(xiǎn)的方向發(fā)展。仿生化設(shè)計(jì)讓最大應(yīng)力再增加0.1MPa，最大變形再增加0.06mm。研究成果與應(yīng)用總結(jié)論（1）不等間距的降噪效果明顯，雖然會(huì)導(dǎo)致風(fēng)量的減小，應(yīng)力變形的嚴(yán)重上升等一系列的不利因素，但是都在可以控制的范圍內(nèi)。（2）仿生相對(duì)不等間距，有一定的降噪效果。同時(shí)對(duì)風(fēng)扇噪聲的應(yīng)力變形影響輕微。對(duì)風(fēng)量有明顯增加效果。04論文總結(jié)論文總結(jié)成績思考流場數(shù)值計(jì)算和氣動(dòng)聲場仿真計(jì)算對(duì)我國散熱風(fēng)扇行業(yè)的中小企業(yè)提供一定程度的理論指導(dǎo)。本次設(shè)計(jì)的研究方法刻意幫助中小企業(yè)縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，增強(qiáng)市場競爭力。仿生和不等間距的結(jié)合方法來降低風(fēng)扇噪聲也有顯著的效果，對(duì)今后