流固耦合分析在汽车冷却风扇开发中的应用

发布时间：2017-10-28 16:08

  本文关键词：流固耦合分析在汽车冷却风扇开发中的应用

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【摘要】：冷却风扇是发动机热管理系统中非常重要的零部件,冷却风扇的效率和性能是发动机热管理系统的性能评价的重要指标之一。在传统冷却风扇的设计和性能评价阶段,为了得到大量的试验数据需在风洞进行多次测试,故传统冷却风扇的研发周期长且成本高。随着科学技术的发展,在冷却风扇设计开发中运用CFD软件进行性能模拟分析将是一种更高效方式。本文首先对CFD软件及流体理论进行介绍,接着把冷却风扇的快速成型样件性能测试数据与运用CFD软件对冷却风扇的性能模拟分析结果进行对比分析,以验证冷却风扇性能模拟分析结果准确性。其次对冷却风扇在五种转速下进行流固耦合分析,计算冷却风扇的应力分布、变形以及振动模态,并与未考虑流固耦合情形下应力分布、变形以及模态做对比分析,指出风扇扇叶存在应力集中及弯曲和轴向窜动变形的问题。最后针对冷却风扇存在的问题提出了结构优化方案,即在风扇扇叶上增加铝合金嵌件,并对优化后的风扇进行流固耦合分析,结果表明经优化后的风扇最大应力、最大变形量有明显地改善。通过以上的分析表明:运用CFD软件流固耦合分析方法对冷却风扇进行性能模拟分析,在冷却风扇设计开发过程中,能减少冷却风扇样件制做数量以及试验测试费用,从而有效的缩短了冷却风扇的开发周期,节约开发成本,提高企业经济效益。
【关键词】：冷却风扇 流量 流固耦合 应力 变形 模态
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.138.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 研究的目的和意义11-12
• 1.4 CFD软件的发展12-16
• 1.4.1 CFD软件的分类及特点12-13
• 1.4.2 FLUENT软件介绍13-16
• 1.5 本文研究内容及创新点16-17
• 第2章 流体理论基本介绍17-28
• 2.1 基本的控制方程17-19
• 2.1.1 质量守恒基本方程17
• 2.1.2 动量守恒基本方程17-18
• 2.1.3 能量守恒基本方程18
• 2.1.4 组分质量守恒基本方程18-19
• 2.1.5 湍流控制基本方程19
• 2.2 流固耦合基本理论19-25
• 2.2.1 流固耦合问题的基本分类20-22
• 2.2.2 流固耦合计算方法22-25
• 2.3 模态分析的理论基础25-27
• 2.3.1 模态分析的定义以及应用25-26
• 2.3.2 有限元模态分析理论基础26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 冷却风扇流量计算分析28-43
• 3.1 风扇的气动性能试验28-32
• 3.1.1 风扇主要性能参数28
• 3.1.2 风扇气动性能试验简介28-29
• 3.1.3 试验步骤简述29-30
• 3.1.4 气动性能试验结果30-32
• 3.2 风扇气动性能仿真32-42
• 3.2.1 模型建立与网格划分32-38
• 3.2.2 边界条件及参数设置38
• 3.2.3 计算结果分析38-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第4章 冷却风扇流固耦合分析43-54
• 4.1 风扇的流固耦合分析43-48
• 4.1.1 模型建立以及网格划分43-44
• 4.1.2 边界条件及参数设置44
• 4.1.3 计算结果分析44-48
• 4.2 模态结果分析48-52
• 4.3 本章小结52-54
• 第5章 优化后冷却风扇流固耦合分析54-63
• 5.1 优化后风扇的结构与模态分析54-60
• 5.1.1 优化后风扇的结构分析54-57
• 5.1.2 优化后风扇的模态分析57-60
• 5.2 风架的结构与模态分析60-62
• 5.2.1 风架的结构分析60-61
• 5.2.2 风架的模态分析61-62
• 5.3 高温下的结构与模态分析62
• 5.3.1 高温下的结构分析62
• 5.3.2 高温下的模态分析62
• 5.4 本章小结62-63
• 总结与展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67

【参考文献】

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本文编号：1108952