冷卻風扇畢設

學校：江蘇大學姓名：李劍壘指導老師：朱茂桃職稱：教授低噪聲發(fā)動機冷卻風扇結構設計01緒論緒論01020304汽車的大規(guī)模應用，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。更新更嚴的排放標準的出臺；更高的駕駛動力需求導致現(xiàn)代發(fā)動機散熱要求更加苛刻，工作環(huán)境更加惡劣。駕車人員對乘坐環(huán)境的舒適性和低噪聲提出的高要求。當前國內(nèi)散熱中小企業(yè)在風扇研發(fā)方面對的亂局。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

當代駕車人更多的認為汽車不僅是一個代步工具，還是現(xiàn)代舒適生活的延伸。更強的散熱能讓發(fā)動機工作在更加惡劣的熱環(huán)境下。從而讓發(fā)動機不僅提升功率還降低排放。結合計算流體力學（CFD）和計算氣動聲學的先進的設計方法明顯會提升中小企業(yè)的風扇性能。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建立風扇的模型等間距風扇不等間距風扇不等間距施加仿生溝槽的風扇研究方法與思路散熱低噪強度成本通過成熟的翼型保證風量達到2300通過不等間距化和仿生溝槽設置讓聲壓級低于68dB流固耦合計算保證應力應變在材料的許用應力和應變內(nèi)。不增加模具的制造成本，大量電腦仿真計算降低成本。03研究成果與應用研究成果與應用穩(wěn)態(tài)數(shù)值計算01風量計算02靜壓云圖03矢量圖04湍動能分布圖05風量對比分析對比分析06研究成果與應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。但不等間距化時風扇葉片相距較遠時會產(chǎn)生大的間隙對風量有削弱作用。本次仿生會進一步均勻分布靜壓，卻不會對最大靜壓的數(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度的同時流動阻力也會減小，風量得以進一步增加。研究成果與應用等間距風扇的前緣空氣流速最大，高速區(qū)域集中在前緣，這就導致那一塊空氣流動復雜，并且對空氣做功不均勻會讓風扇的氣動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。這說明這片葉片對空氣做功的能力相對弱，會導致氣動性能的下降。研究成果與應用添加仿生元素之后的吸力面湍動能的分布也更加分散，這與靜壓分布是相互一致的。更加分散的湍動能也會帶來能量損失的進一步減少，增加風扇的效率。而且等間距分布的葉片其最大湍動能為15.73m^2s^-2。不等距后最大湍動能反而有所增加，為15.96m^2s^-2。仿生后，對最大湍動能和湍動能分布范圍的降低均很明顯，最大湍動能為14.73m^2s^-2。研究成果與應用散熱降噪結論一結論二不等間距對風量削弱作用明顯。削弱達10.2%。仿生化溝槽能提升風量。提升效果原始風量的3.9%。根據(jù)湍動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一步。研究成果與應用瞬態(tài)數(shù)值計算01噪聲仿真計算02聲壓分布圖03聲壓頻譜圖04對比分析05噪聲對比分析研究成果與應用

沒有經(jīng)過優(yōu)化的等距風扇模型其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明顯下降但是一階葉頻中的最大聲壓級又明顯上升至57.8dB，聲學能量往第一階通過頻率上累積。在仿生化后相對原始的等間距風扇其第一階和第二階葉頻上的最大聲壓級均減小，可以預見降噪取得了不錯的效果。等間距不等間距仿生研究成果與應用由對比圖可知不等間距對風扇的施加的降噪效果明顯，無論在進風口還是出風口均可以減少4dB左右的風扇噪聲。仿生槽的施加對降噪也有一定程度的好處使風扇進出風口的聲壓級均下降了1dB左右?？芍舜螌︼L扇的不等間距設計和仿生設計在降噪方面均是有明顯成效的。前進風口后出風口研究成果與應用不等間距仿生結論一結論二不等間距對風扇的降噪效果明顯，無論是入口還是出口相比等間距風扇聲壓級降低4dB左右。聲學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計就可以讓噪聲在不等間距風扇的基礎上在降低1dB左右。仿生化設計會進一步平均前四階的聲學能量的分布。研究成果與應用穩(wěn)態(tài)數(shù)值計算01流固耦合計算02應力分布圖03總變形分布圖04對比分析05流固耦合分析研究成果與應用顯而易見的是等距風扇的變形非常規(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扇。仿生之后的風扇其最大變形確實是三種風扇中最大的但是并沒有增加多少（相對不等間距分布的風扇）。不等間距分布風扇最大變形0.77mm，仿生化后最大變形為0.83,mm，增加了有0.06mm。研究成果與應用在吸力面最大應力的位置分布上三種風扇幾乎是一致的最大應力區(qū)域都集中在葉尖的后緣處或者葉根部位。在不等距化后小應力區(qū)域明顯擴大，但是作為代價的是最大應力有明顯增加增加到17.257MPa。與之相對應的等間距分布風扇最大應力才12.484MPa。當然這一切都是在許用應力范圍內(nèi)，都是可以接受的。仿生化后并沒有過多的導致最大應力上升，相對不等間距分布的風扇最大應力只增加了不到0.1MPa。研究成果與應用不等間距仿生結論一結論二不等間距對風扇的結構強度的影響明顯，最大變形相比不等間距風扇增大50%，最大應力相對等間距增大38%.但是仍然都在許用范圍內(nèi)。仿生化對應力和應變的影響都很小雖然都是導致向危險的方向發(fā)展。仿生化設計讓最大應力再增加0.1MPa，最大變形再增加0.06mm。研究成果與應用總結論（1）不等間距的降噪效果明顯，雖然會導致風量的減小，應力變形的嚴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）仿生相對不等間距，有一定的降噪效果。同時對風扇噪聲的應力變形影響輕微。對風量有明顯增加效果。04論文總結論文總結成績思考流場數(shù)值計算和氣動聲場仿真計算對我國散熱風扇行業(yè)的中小企業(yè)提供一定程度的理論指導。本次設計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，增強市場競爭力。仿生和不等間距的結合方法來降低風扇噪聲也有顯著的效果，對今后