支撑架对小型轴流风扇气动性能和噪声影响的研究

发布时间：2017-06-23 16:02

  本文关键词：支撑架对小型轴流风扇气动性能和噪声影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：小型轴流风扇作为当前很多电子元器件的主要散热通风设备,其性能的好坏直接决定了电子设备运行状况。本文以小型轴流风扇作为研究对象,用数值模拟方法研究了支撑架的形状、支撑架的数量、支撑架的倾斜角度以及支撑架直径对小型轴流风扇性能的影响,分析了风扇的静特性、气动噪声和内部流动特性;设计了以静压和噪声为优化目标的响应面优化方案,优化出一种最优小型轴流风扇,并进行静特性测试实验和速度场热线测量实验。论文的主要内容和取得的成果如下:(1)以小型轴流风扇作为研究对象,运用UG的逆向工程建立风扇几何模型,对小型轴流风扇的支撑架进行测绘,设计支撑架并将支撑架与风扇模型装配;简述了本文中采用的数值模拟方法。(2)设计了方形支撑架风扇和圆形支撑架风扇,数值模拟分析了它们的静特性、气动噪声和内部流动特性。研究结果表明:相比于无支撑架风扇,位于风扇下游的支撑架对气体具有明显的阻塞作用,使风扇的静压升和效率降低,但支撑架和叶片的非定常相互作用使噪声有所降低。圆形支撑架风扇较方形支撑架风扇对气体的绕流作用更强,圆形支撑架与叶片的相互作用较小,且叶尖泄露流较少,能量损失降低,静压升和效率更高。(3)设计了不同支撑架数量和支撑架倾斜角度的小型轴流风扇,分析了其静特性、气动噪声和内部流动特性。研究结果表明:小型轴流风扇的支撑架数量与叶片数量相等时风扇噪声较低;倾斜支撑架风扇的噪声较径向位置支撑架风扇降低,支撑架逆旋转方向倾斜60°风扇的降噪效果最好。(4)以支撑架的数量、直径、倾斜角度为优化变量,以风扇的静压和噪声为优化目标建立多目标优化函数,采用熵权法确定优化目标权重,设计响应面试验优化方案,优化得到最优小型轴流风扇。根据优化结果对原型风扇和优化风扇进行数值模拟分析验证,对比原型风扇和优化风扇的静特性、气动噪声和内部流动特性。对无支撑架风扇进行静特性实验,并且对原型风扇进行热线探针实验。研究结果表明:优化模型的静特性较原型风扇提高,噪声降低,内部流动性能改善;静特性实验和数值模拟的结果基本一致,验证了数值模拟的可靠性。通过热线探针实验获得了风扇下游气体的速度和湍流强度分布。
【关键词】：小型轴流风扇 支撑架 静特性 气动噪声 优化设计 响应面
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN607
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景和意义9
• 1.2 风机气动性能研究进展和现状9-14
• 1.2.1 风机内部流动研究现状10-12
• 1.2.2 风机气动噪声研究现状12-13
• 1.2.3 风机气动性能优化研究现状13-14
• 1.3 小型轴流风扇的研究现状14-15
• 1.4 本论文的主要工作15-17
• 第2章 风扇数值模拟17-22
• 2.1 小型轴流风扇模型17-18
• 2.2 数值模拟理论基础18
• 2.3 数值模拟方法18-21
• 2.3.1 定常计算与非定常计算18-19
• 2.3.2 计算域与网格划分19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 支撑架形状的确定22-36
• 3.1 引言22
• 3.2 带有支撑架的小型轴流风扇22-23
• 3.3 支撑架形状对风扇静特性和气动噪声的影响23-26
• 3.4 支撑架形状对风扇内部流场的影响26-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第4章 支撑架数量和倾斜角度对风扇性能影响的研究36-50
• 4.1 引言36
• 4.2 不同支撑架数量和倾斜角度的风扇模型36-37
• 4.3 支撑架数量对风扇静特性、噪声和内部流动特性的影响37-42
• 4.4 支撑架倾斜角度对风扇静特性、噪声和内部流动特性的影响42-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 小型轴流风扇支撑架的结构参数优化与风扇实验研究50-69
• 5.1 引言50
• 5.2 支撑架结构参数优化的试验设计50-55
• 5.2.1 多目标优化模型的建立50
• 5.2.2 响应面优化法的建模与分析50-55
• 5.3 原型风扇和优化风扇数值模拟的分析比较55-63
• 5.3.1 原型风扇和优化风扇静特性和气动噪声的分析55-57
• 5.3.2 原型风扇和优化风扇内部流动特性的分析57-63
• 5.4 小型轴流风扇的静特性实验63-64
• 5.5 小型轴流风扇内部速度场和湍流场的实验测量64-68
• 5.6 本章小结68-69
• 第6章 总结和展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 本文主要创新70
• 6.3 今后工作展望70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士学位期间的研究成果77

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