本文關鍵詞： 小型軸流風扇 大渦模擬 輪轂比 雙層反轉風扇 噪聲　出處：《浙江理工大學》2011年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著電子產(chǎn)品的不斷小型化和高性能化,對影響其性能和壽命的決定因素—小型換熱風扇的性能提出了更高的要求,如何設計出低噪聲、高通量和結構緊湊的小型換熱風扇是人們研究的主要問題。 本文選取Sunon公司的AC風扇系列產(chǎn)品型號為SF23092A和SF23080AT的小型軸流風扇作為研究對象,通過數(shù)值模擬計算分析了小型軸流風扇共有的靜特性和內部流動特性,結合試驗測量驗證了型號為SF23092A風扇全壓性能曲線的模擬結果的可靠性,進而在這個基礎上研究不同輪轂比和葉片數(shù)情況下的風扇模型,分析它們的靜特性、內部流場及聲場分布,結果表明盡管風扇模型的氣動性能有所改善,但存在性能改善不明顯或噪聲增加的問題,并不能滿足目前對小型軸流風扇提出的高性能要求,因此進一步研究了雙轉子風扇的兩種模型,發(fā)現(xiàn)雙層反轉風扇的優(yōu)良特性能夠很好的滿足這種要求。 首先利用激光式三坐標測量臂獲得的葉片幾何數(shù)據(jù)在UG中逆向建模獲得風扇的幾何模型,用Gambit軟件里的Turbo模塊建立風扇的流道并劃分網(wǎng)格,采用RNG k-ε湍流模型進行定常流動的模擬,通過比較全壓性能曲線的試驗結果和模擬結果來驗證數(shù)值模擬計算的可靠性。同時經(jīng)過對比分析兩款不同型號的風扇,總結出小型軸流風扇靜特性和內部流動的共同點,為進一步的研究打下基礎。 其次,針對SF23092A小型軸流風扇模型,研究輪轂比和葉片數(shù)對風扇氣動性能的影響。其中對于不同輪轂比風扇模型的數(shù)值計算分三步進行,首先采用標準的k-ε湍流模型進行定常流動的模擬,然后將定常壓力場作為大渦模擬LES的初場計算非定常壓力場,在壓力場動能穩(wěn)定后基于LES采用精確的Ffowcs williams—Hawkings方程計算聲場,將時域譜應用FFT對計算得到的聲壓信號進行處理,保證了聲壓信號的準確性和可靠性。根據(jù)數(shù)值計算結果,對比分析不同輪轂比風扇的靜特性、噪聲功率譜密度分布、噪聲聲壓級分布以及噪聲聲壓級衰減的趨勢。分析葉片數(shù)對風扇性能影響時,采用RNG k-ε湍流模型進行定常流動的模擬,得出葉片數(shù)為5時與本文確定的轉速、葉片安裝角、葉面弦長相匹配。 最后,初步探討了在較小的空間里實現(xiàn)高壓比、高效率并有利于通風的風扇模型—雙層反轉風扇。經(jīng)過數(shù)值計算分析,雙層反轉風扇可以獲得遠大于兩倍的單轉子風扇所能得到的全壓,而且效率也不會比單轉子效率低,因此采用此種風扇來使流體獲得更多的壓力能,進而獲得高通風量是可行的。 本文致力于如何設計出低噪聲、高通量和結構緊湊的小型換熱風扇進行了一定的探索研究,希望對改善小型軸流風扇的性能以及優(yōu)化設計的研究提供一定的理論支持。
[Abstract]:With the continuous miniaturization and high performance of electronic products, the performance of small heat exchanger fan, which is the decisive factor that affects its performance and life, has been put forward higher requirements, how to design low noise. High-throughput and compact small heat transfer fans are the main problems studied by people. In this paper, Sunon AC fan series product model is SF23092A and SF23080AT small axial flow fan as the research object. The static characteristics and internal flow characteristics of the small axial fan are analyzed by numerical simulation. The reliability of the simulation results of the full-pressure performance curve of the SF23092A fan is verified by the experimental measurement. On this basis, the fan models with different wheel / hub ratio and blade number are studied, and their static characteristics, internal flow field and sound field distribution are analyzed. The results show that the aerodynamic performance of the fan model is improved. However, the performance improvement is not obvious or the noise is increasing, which can not meet the high performance requirements of the small axial flow fan. Therefore, two models of double rotor fan are further studied. It is found that the excellent characteristics of the double-layer reversal fan can meet this requirement very well. Firstly, the geometry model of the fan is obtained by using the geometry data of the blade obtained by the laser coordinate measuring arm in UG. The flow channel of fan is built with Turbo module in Gambit software and the flow is meshed. The steady flow is simulated by RNG k- 蔚 turbulence model. The reliability of the numerical simulation calculation is verified by comparing the experimental results of the full pressure performance curve and the simulation results. At the same time, two different types of fans are compared and analyzed. The common points of static characteristics and internal flow of small axial fan are summarized, which will lay a foundation for further research. Secondly, the influence of wheel hub ratio and blade number on fan aerodynamic performance is studied for SF23092A small axial fan model. The numerical calculation of different hub ratio fan model is divided into three steps. At first, the standard k- 蔚 turbulence model is used to simulate the steady flow, and then the unsteady pressure field is calculated by using the steady pressure field as the initial field of the large eddy simulation LES. After the kinetic energy of the pressure field is stabilized, the sound field is calculated by using the accurate Ffowcs williams-Hawkings equation based on LES. The time domain spectrum is used to process the calculated sound pressure signal with FFT to ensure the accuracy and reliability of the sound pressure signal. According to the numerical results, the static characteristics of the fan with different hub ratio are compared and analyzed. The distribution of noise power spectrum density, noise sound pressure level and the attenuation trend of noise sound pressure level. RNG k- 蔚 turbulence model is used to simulate steady flow when the influence of blade number on fan performance is analyzed. The results show that the number of blades at 5:00 matches the rotational speed, blade mounting angle and blade chord length determined in this paper. Finally, a fan model with high pressure ratio, high efficiency and good ventilation in a small space is preliminarily discussed. The double layer reverse fan can obtain the full pressure of the single rotor fan which is more than twice as high as the single rotor fan, and the efficiency is not lower than that of the single rotor fan. Therefore, this fan is used to make the fluid obtain more pressure energy. It is feasible to obtain high ventilation. This paper focuses on the design of low-noise, high-throughput and compact small heat transfer fan for a certain amount of exploration. It is hoped to provide some theoretical support for improving the performance of small axial fan and the research of optimization design.
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TH43

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本文編號：1447467