冷却风扇毕设

学校：江苏大学姓名：李剑垒指导老师：朱茂桃职称：教授低噪声发动机冷却风扇结构设计01绪论绪论01020304汽车的大规模应用，全球的汽车保有量特别是中国的汽车保有量激增，且还将继续增加。更新更严的排放标准的出台；更高的驾驶动力需求导致现代发动机散热要求更加苛刻，工作环境更加恶劣。驾车人员对乘坐环境的舒适性和低噪声提出的高要求。当前国内散热中小企业在风扇研发方面对的乱局。选题背景绪论舒适提升销量增加

满足散热排放降低

减少成本利润提升

当代驾车人更多的认为汽车不仅是一个代步工具，还是现代舒适生活的延伸。更强的散热能让发动机工作在更加恶劣的热环境下。从而让发动机不仅提升功率还降低排放。结合计算流体力学（CFD）和计算气动声学的先进的设计方法明显会提升中小企业的风扇性能。增加中小企业的市场占有率提升利润！研究意义02研究方法与思路研究方法与思路利用CATIA建立风扇的模型等间距风扇不等间距风扇不等间距施加仿生沟槽的风扇研究方法与思路散热低噪强度成本通过成熟的翼型保证风量达到2300通过不等间距化和仿生沟槽设置让声压级低于68dB流固耦合计算保证应力应变在材料的许用应力和应变内。不增加模具的制造成本，大量电脑仿真计算降低成本。03研究成果与应用研究成果与应用稳态数值计算01风量计算02静压云图03矢量图04湍动能分布图05风量对比分析对比分析06研究成果与应用不等间距和本次的仿生均有让静压分布更加均匀的效果。但不等间距化时风扇叶片相距较远时会产生大的间隙对风量有削弱作用。本次仿生会进一步均匀分布静压，却不会对最大静压的数值有什么影响。随着静压的分布均匀，前后叶片之间的压差减小，降低了相邻叶片之间的湍流强度的同时流动阻力也会减小，风量得以进一步增加。研究成果与应用等间距风扇的前缘空气流速最大，高速区域集中在前缘，这就导致那一块空气流动复杂，并且对空气做功不均匀会让风扇的气动性能和噪声性能均有所下降。不等距化后每一片叶片上的速度矢量分布更加均匀，但是叶片与叶片之间速度矢量的分布有了很大的差异，这让一些与前后叶片相隔角度稍大的叶片，表面速度明显低于其他叶片。这说明这片叶片对空气做功的能力相对弱，会导致气动性能的下降。研究成果与应用添加仿生元素之后的吸力面湍动能的分布也更加分散，这与静压分布是相互一致的。更加分散的湍动能也会带来能量损失的进一步减少，增加风扇的效率。而且等间距分布的叶片其最大湍动能为15.73m^2s^-2。不等距后最大湍动能反而有所增加，为15.96m^2s^-2。仿生后，对最大湍动能和湍动能分布范围的降低均很明显，最大湍动能为14.73m^2s^-2。研究成果与应用散热降噪结论一结论二不等间距对风量削弱作用明显。削弱达10.2%。仿生化沟槽能提升风量。提升效果原始风量的3.9%。根据湍动能和静压分布云图可知不等间距降噪效果明显。仿生化后降噪效果更进一步。研究成果与应用瞬态数值计算01噪声仿真计算02声压分布图03声压频谱图04对比分析05噪声对比分析研究成果与应用

没有经过优化的等距风扇模型其2BPF（二阶叶频）中最大声压值是最大的而且最大和最小声压值相差很大，这在经过不等距化的模型中是不会发生的现象。经过不等距化后其二阶叶频中最大声压级明显下降但是一阶叶频中的最大声压级又明显上升至57.8dB，声学能量往第一阶通过频率上累积。在仿生化后相对原始的等间距风扇其第一阶和第二阶叶频上的最大声压级均减小，可以预见降噪取得了不错的效果。等间距不等间距仿生研究成果与应用由对比图可知不等间距对风扇的施加的降噪效果明显，无论在进风口还是出风口均可以减少4dB左右的风扇噪声。仿生槽的施加对降噪也有一定程度的好处使风扇进出风口的声压级均下降了1dB左右。可知此次对风扇的不等间距设计和仿生设计在降噪方面均是有明显成效的。前进风口后出风口研究成果与应用不等间距仿生结论一结论二不等间距对风扇的降噪效果明显，无论是入口还是出口相比等间距风扇声压级降低4dB左右。声学能量在前四阶频率上分布减少的明显。简单的仿生沟槽的设计就可以让噪声在不等间距风扇的基础上在降低1dB左右。仿生化设计会进一步平均前四阶的声学能量的分布。研究成果与应用稳态数值计算01流固耦合计算02应力分布图03总变形分布图04对比分析05流固耦合分析研究成果与应用显而易见的是等距风扇的变形非常规则，每片叶片的变形均相同，但是其大变形区域却明显大于其余两种风扇。仿生之后的风扇其最大变形确实是三种风扇中最大的但是并没有增加多少（相对不等间距分布的风扇）。不等间距分布风扇最大变形0.77mm，仿生化后最大变形为0.83,mm，增加了有0.06mm。研究成果与应用在吸力面最大应力的位置分布上三种风扇几乎是一致的最大应力区域都集中在叶尖的后缘处或者叶根部位。在不等距化后小应力区域明显扩大，但是作为代价的是最大应力有明显增加增加到17.257MPa。与之相对应的等间距分布风扇最大应力才12.484MPa。当然这一切都是在许用应力范围内，都是可以接受的。仿生化后并没有过多的导致最大应力上升，相对不等间距分布的风扇最大应力只增加了不到0.1MPa。研究成果与应用不等间距仿生结论一结论二不等间距对风扇的结构强度的影响明显，最大变形相比不等间距风扇增大50%，最大应力相对等间距增大38%.但是仍然都在许用范围内。仿生化对应力和应变的影响都很小虽然都是导致向危险的方向发展。仿生化设计让最大应力再增加0.1MPa，最大变形再增加0.06mm。研究成果与应用总结论（1）不等间距的降噪效果明显，虽然会导致风量的减小，应力变形的严重上升等一系列的不利因素，但是都在可以控制的范围内。（2）仿生相对不等间距，有一定的降噪效果。同时对风扇噪声的应力变形影响轻微。对风量有明显增加效果。04论文总结论文总结成绩思考流场数值计算和气动声场仿真计算对我国散热风扇行业的中小企业提供一定程度的理论指导。本次设计的研究方法刻意帮助中小企业缩短研发周期，降低研发成本，增强市场竞争力。仿生和不等间距的结合方法来降低风扇噪声也有显著的效果，对今后