冷卻風(fēng)扇畢設(shè)

學(xué)校：江蘇大學(xué)姓名：李劍壘指導(dǎo)老師：朱茂桃職稱：教授低噪聲發(fā)動機冷卻風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計01緒論緒論01020304汽車的大規(guī)模應(yīng)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(biāo)準的出臺；更高的駕駛動力需求導(dǎo)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(dāng)前國內(nèi)散熱中小企業(yè)在風(fēng)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(dāng)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(jié)合計算流體力學(xué)（CFD）和計算氣動聲學(xué)的先進的設(shè)計方法明顯會提升中小企業(yè)的風(fēng)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(fēng)扇的模型等間距風(fēng)扇不等間距風(fēng)扇不等間距施加仿生溝槽的風(fēng)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(fēng)量達到2300通過不等間距化和仿生溝槽設(shè)置讓聲壓級低于68dB流固耦合計算保證應(yīng)力應(yīng)變在材料的許用應(yīng)力和應(yīng)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(yīng)用研究成果與應(yīng)用穩(wěn)態(tài)數(shù)值計算01風(fēng)量計算02靜壓云圖03矢量圖04湍動能分布圖05風(fēng)量對比分析對比分析06研究成果與應(yīng)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(fēng)扇葉片相距較遠時會產(chǎn)生大的間隙對風(fēng)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(fēng)量得以進一步增加。研究成果與應(yīng)用等間距風(fēng)扇的前緣空氣流速最大，高速區(qū)域集中在前緣，這就導(dǎo)致那一塊空氣流動復(fù)雜，并且對空氣做功不均勻會讓風(fēng)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(dǎo)致氣動性能的下降。研究成果與應(yīng)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(fēng)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(yīng)用散熱降噪結(jié)論一結(jié)論二不等間距對風(fēng)量削弱作用明顯。削弱達10.2%。仿生化溝槽能提升風(fēng)量。提升效果原始風(fēng)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(yīng)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(yīng)用

沒有經(jīng)過優(yōu)化的等距風(fēng)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(xué)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(fēng)扇其第一階和第二階葉頻上的最大聲壓級均減小，可以預(yù)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(yīng)用由對比圖可知不等間距對風(fēng)扇的施加的降噪效果明顯，無論在進風(fēng)口還是出風(fēng)口均可以減少4dB左右的風(fēng)扇噪聲。仿生槽的施加對降噪也有一定程度的好處使風(fēng)扇進出風(fēng)口的聲壓級均下降了1dB左右?？芍舜螌︼L(fēng)扇的不等間距設(shè)計和仿生設(shè)計在降噪方面均是有明顯成效的。前進風(fēng)口后出風(fēng)口研究成果與應(yīng)用不等間距仿生結(jié)論一結(jié)論二不等間距對風(fēng)扇的降噪效果明顯，無論是入口還是出口相比等間距風(fēng)扇聲壓級降低4dB左右。聲學(xué)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(shè)計就可以讓噪聲在不等間距風(fēng)扇的基礎(chǔ)上在降低1dB左右。仿生化設(shè)計會進一步平均前四階的聲學(xué)能量的分布。研究成果與應(yīng)用穩(wěn)態(tài)數(shù)值計算01流固耦合計算02應(yīng)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(yīng)用顯而易見的是等距風(fēng)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(fēng)扇。仿生之后的風(fēng)扇其最大變形確實是三種風(fēng)扇中最大的但是并沒有增加多少（相對不等間距分布的風(fēng)扇）。不等間距分布風(fēng)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(yīng)用在吸力面最大應(yīng)力的位置分布上三種風(fēng)扇幾乎是一致的最大應(yīng)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(yīng)力區(qū)域明顯擴大，但是作為代價的是最大應(yīng)力有明顯增加增加到17.257MPa。與之相對應(yīng)的等間距分布風(fēng)扇最大應(yīng)力才12.484MPa。當(dāng)然這一切都是在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，都是可以接受的。仿生化后并沒有過多的導(dǎo)致最大應(yīng)力上升，相對不等間距分布的風(fēng)扇最大應(yīng)力只增加了不到0.1MPa。研究成果與應(yīng)用不等間距仿生結(jié)論一結(jié)論二不等間距對風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)強度的影響明顯，最大變形相比不等間距風(fēng)扇增大50%，最大應(yīng)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(yīng)力和應(yīng)變的影響都很小雖然都是導(dǎo)致向危險的方向發(fā)展。仿生化設(shè)計讓最大應(yīng)力再增加0.1MPa，最大變形再增加0.06mm。研究成果與應(yīng)用總結(jié)論（1）不等間距的降噪效果明顯，雖然會導(dǎo)致風(fēng)量的減小，應(yīng)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(fēng)扇噪聲的應(yīng)力變形影響輕微。對風(fēng)量有明顯增加效果。04論文總結(jié)論文總結(jié)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(fēng)扇行業(yè)的中小企業(yè)提供一定程度的理論指導(dǎo)。本次設(shè)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(jié)合方法來降低風(fēng)扇噪聲也有顯著的效果，對今后