冷却风扇气动性能及噪声模拟与试验验证

为评估冷却风扇气动性能及噪声,以某摩托车用轴流式冷却风扇为研究对象,应用计算流体力学和计算声学方法,采用流体分析软件STAR-CCM+和噪声分析软件Virtual Lab对风扇性能及噪声开展研究,并与风扇性能和噪声试验数据对比验证计算模型的可靠性。结果表明:轴流式冷却风扇风量仿真值与实测值变化趋势一致,最大误差约为4.9%,总体平均误差约为2.94%。轴流式风扇转速4213 r/min及风压0 Pa时,噪声仿真值与试验值的误差为9.7%,误差低于10%,可满足工程需求。类似研究方法应用于发电机组用离心式风扇风量及噪声预测研究中,经分析得出离心式风扇入口风速试验值与仿真值间最大误差为9.17%,最小误差为5%;1 m远场噪声监测点的噪声声压级仿真值为66 dB(A),实测声压级为75 dB(A),两者差异为9 dB(A),误差约为13.6%,原因是实测噪声值中含有电机驱动系统运转的噪声。研究结果可为轴流式及离心式风扇的气动性能及噪声评估提供方法参考。

涵道风扇部件耦合设计方法及初步应用

涵道风扇是未来绿色航空动力的重要发展方向,快速、准确的涵道风扇设计方法成为工程领域的迫切需求。在传统的涵道风扇设计方法中,部件间的耦合效应需要建立在完善的三维数值计算或试验数据的基础之上。而本文发展了考虑涵道风扇关键部件耦合效应的设计方法,形成了涵道风扇一体化设计手段,并以此为基础开展了涵道风扇的一体化设计及验证工作。结果表明:相比于简单叠加设计方法,耦合设计使叶片推力设计误差由15%减小到3.5%;采用部件耦合方法设计的带有扩张喷管涵道风扇和等直径喷管涵道风扇的转静叶片推力设计误差满足工程需求,确认了部件耦合的设计方法正确传递了部件间的影响关系;通过试验对设计结果进行了推力校验,试验结果与设计点的总推力误差为1.25%,证明了本文发展的耦合设计方法的准确性。

分布式电推进系统中涵道风扇耦合效应的试验与数值研究

基于分布式电驱动涵道风扇推进系统在气动性能、推进效率和鲁棒性方面具有极大应用潜力,系统中复杂的耦合效应缺乏深入研究和理解。本文应用试验与数值模拟相结合的方式研究了某分布式涵道风扇系统中推进器之间的耦合效应,分析了推进器之间耦合干涉作用的规律与机理,为推动分布式电驱动涵道风扇的飞行器工程应用提供理论基础。研究结果表明:相较于风扇的孤立型布局,分布式布局风扇进口存在速度畸变影响涵道风扇性能,导致推力降低4%;分布式布局中风扇之间的耦合效应等效于风扇两侧存在虚拟且无黏的壁面结构,该虚拟壁面结构会诱发风扇两侧的两对流向涡;机翼-风扇之间的耦合效应表现为机翼的有黏壁面结构,会诱发风扇唇口上方的流动分离以及近机翼侧的一对流向涡;在分布式布局中涵道风扇出现转速下降或失效时,仅会对邻近风扇的性能造成影响,由于边缘风扇失效只有一个邻近风扇摄取失效风扇上游的流量,而中间风扇失效有两个邻近风扇用于摄取流量,边缘风扇失效对流动的影响高于中间风扇。

汽车冷却风扇噪声主动控制仿真及声品质评价

以汽车冷却风扇噪声为研究对象,基于采集的噪声生成具有不同音调特性的模拟噪声,利用改进的音调度模型计算音调度,使用等级评分法对生成的模拟噪声进行主观评价实验。根据音调特性十分明显的旋转噪声频率与风扇转速密切相关的特点,提出以风扇转速信号来构造次级声源参考信号进行主动噪声控制。最后建立并联型灰色神经网络模型并检验降噪效果。结果表明,冷却风扇噪声的音调特性是影响感知烦恼的重要因素之一,通过有源噪声控制能有效降低窄带噪声峰值从而降低音调度。引入并联型灰色神经网络进行预测的平均相对误差为2.86%,降噪后烦恼度有较好的改善。

钛合金包边复合材料风扇叶片的鸟撞数值仿真

为降低鸟体撞击航空发动机中带钛合金包边树脂基复合材料风扇叶片的试验成本,开展了数值仿真研究,为钛合金包边在航空发动机风扇叶片上的应用提供参考和依据。对风扇叶片进行简化,采用ABAQUS有限元软件构建了鸟撞带钛合金包边和不带钛合金包边的风扇叶片模型,其中,钛合金包边和复合材料叶片之间用粘结界面单元进行粘接,研究了不同鸟体冲击角度和速度下2种风扇叶片的损伤。结果表明:在鸟体冲击速度相同时,随着冲击角度的增大,风扇叶片的损伤增大且能量吸收率提高,在冲击角度也相同时,带钛合金包边的风扇叶片损伤更小且能量吸收率更高;在鸟体冲击角度相同时,随着冲击速度的加快,风扇叶片的损伤增大且能量吸收率提高;在鸟体冲击下,粘结界面单元最终发生拉伸破坏,在低速度冲击下还会发生剪切损伤。

风扇与辐射空调耦合系统的热舒适分析

针对顶板辐射供冷系统存在的噪声问题,提出了一种采用辐射供冷与吸音板耦合系统,同时,通过在辐射顶板和吸音板之间增加风扇(向下吹),来抵消由于吸音板导致的辐射热交换的减少。重点研究了顶板辐射供冷与风扇耦合系统的室内气流分布、热舒适以及传热系数变化,其影响因素包括:吸音板覆盖率、风扇转速、房间高度。结果表明:风扇的加入增强了顶板的对流换热和总换热;随着风扇转速的增加和吸音板覆盖率的降低,室内空气温度降低;与无风扇的顶板辐射系统相比,风扇在高转速工况下的PMV值降低了0.37~0.40,总传热系数增长了28.4%~45.4%,在吸音板覆盖率为16%时,总传热系数的增长率达到峰值;可以通过增加风扇从而强化室内空气流动的方式来补偿较高室温带来的不适感。研究结果为顶板辐射系统的实施提供了有前景和实用的设计方案。

某中型皮卡发动机冷却风扇布局优化

冷却风扇作为汽车发动机冷却模块的关键部件,其空间位置直接影响机舱内的流场结构,决定了通过散热器的空气流量,进而影响发动机的散热性能。为了确定既定冷却风扇在某新车型机舱内的最佳布局,以散热器流量及流量波动为目标,以风扇的空间坐标位置为变量,面向流场结构进行了布局优化。首先,通过试验设计方法生成初始设计样本点并进行几何参数化建模;然后,针对实际工况需求,选择关键车速条件,进行发动机舱内流场的CFD仿真,基于仿真结果建立Kriging代理模型;最后,以散热器进口流量和流速标准差为目标进行多目标优化,通过遗传算法获取Pareto最优解集,基于高维参变量可视化技术进行了结果分析,为机舱内零部件的布局决策提供了有价值的参考。研究结果显示了冷却风扇沿车行进方向的位置改变与散热器流量的显著相关性,为新车型冷却风扇的布置方案提供全局最优性的理论支撑。

小尺寸无静叶对转风扇/压气机气动设计与变工况性能分析研究

无静叶对转风扇/压气机能有效减小发动机陀螺力矩,在轴向长度方面具有优势。然而,无静叶往往导致下游叶片攻角变化较大,变工况性能难以保证,且这一特点随叶尖切线速度的增大而恶化。本文利用小尺寸涡扇发动机风扇叶片根部周向速度较低的特点,尝试对其进行风扇与压气机无静叶对转方案设计。通过速度三角形分析了无静叶对转风扇/压气机的性能特点,开发了无静叶对转风扇/压气机一维设计程序进行参数方案的筛选优化,设计得到小尺寸无静叶对转风扇/压气机构型方案,设计点效率为85.1%,压比为3.16。结果表明,对转压气机的下排叶片相对进口气流角的变化范围较常规转叶+静叶相对进口气流角范围更小,而对转下排叶片的进口速度却将增大1.5~3倍,因此,需要合理选择对转风扇/压气机的轮毂比及转速比,才能保证对转风扇/压气机变转速工况下的设计点效率及失速裕度。减小对转风扇/压气机转速比有利于提高设计点效率和裕度,但本文受发动机总体指标限制,对转速比选择进行了折中。

基于CFD的辐射冷顶板与风扇耦合系统性能优化

吸音板用来解决辐射式天花板供冷系统的噪声问题,但其阻碍了辐射换热。本文提出通过风扇的调风作用来优化辐射冷顶板与风扇耦合系统,基于CFD模拟讨论了耦合系统的室内气流分布、热舒适及换热系数变化,研究了吸音板安装方式、风扇转速和风扇转向对辐射天花板性能的影响。结果表明:风扇的加入增大了顶板的对流换热系数和总换热系数;随着风扇转速的增大,室内的空气温度和人体热舒适性评价指标(PMV)降低;风扇向上吹风的效果优于向下吹风,吸音板竖直安装优于水平安装。

前掠角对车用轴流式冷却风扇性能的影响

建立了某车用冷却风扇不同前掠角参数化模型,并基于计算流体力学的方法对其流动进行了仿真,研究了不同风扇转速下,前掠角对冷却风扇流动、风量以及阻力矩的影响.在压力分布方面,研究结果表明:随着冷却风扇前掠角的增加,相同的转速下,风扇叶栅入口处,空气的平均压力不断升高,叶栅流道内,相邻叶片间升力面和吸力面间的压力梯度逐渐减小,同一叶片升力面同吸力面间的压差逐渐降低.在速度分布方面,随着前掠角的增加,相同的转速下,风扇叶栅入口处,空气的流速逐渐减小,叶栅流道内,空气速度的增加逐渐减小.在风扇性能方面,随着前掠角的增加,相同的转速下,风扇风量逐渐减小,风扇阻力矩逐渐降低.

基于模糊自适应PID的汽车硅油风扇离合器性能测试系统研究

以汽车硅油风扇离合器为研究对象,结合单片机和传感器技术,开发出性能测试系统.提出模糊自适应PID动态控制算法,设计控制器控制温度,利用速度传感器检测风扇转速,对测试系统进行整体设计,给出了硬件总体设计框图,设计模拟量输入输出电路,并设计对应的软件系统.实验结果表明:测试系统升降温速率最高不超过8.5℃/min,耦合区加温速率约为2.3℃/min,分离区降温速率约为6.6℃/min,系统性能稳定,符合标准.

基于FDS的风扇舱双油池火温度变化特征

航空发动机燃油泄漏形成的油池火威胁发动机运行和飞机安全,为描述风扇舱内油池火复杂的物理传播过程,开展双油池火温度变化特征的研究。首先,基于火灾动力学模拟软件(FDS)建立CFM56-7B发动机风扇舱物理计算模型;然后,比较Trent 800发动机风扇舱单油池火温度计算值与试验值,验证网格独立性;最后,借助探测器和切片分析舱内双油池火的发展过程和温度变化特征。结果表明:双油池火温度在舱内环向上经历增加和振荡准稳态2个变化阶段,其变化幅度与探测器和油池的间距相关;油池火向左偏斜现象导致左半边温度较高;火焰在轴向上经历火羽流上浮、火焰开始融合、融合扩大和完全融合等阶段。

某钛合金宽弦空心风扇叶片共振特性仿真分析

宽弦空心风扇叶片特有的空腔及加强筋结构,在大幅减轻叶片重量,降低整机载荷的同时,也更易使叶片在高速旋转过程中产生共振现象。为有效规避共振引起的叶片疲劳断裂、振动失效等问题,一般需要对叶片在不同转速下的共振特性进行系统分析。为此,采用有限元方法对某型号航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片在不同转速下的强度和模态进行了仿真分析,并借助Campbell共振图进一步对其频率裕度进行了校核。研究结果表明:靠近叶片前缘的加强筋最易受共振影响而发生振动形变,转速在2900r/min-3800r/min区间时叶片具有良好的频率裕度。

涵道风扇电机强迫风冷散热结构设计与实验

针对涵道风扇电机的轻量化高效散热需求,提出基于涵道风扇内部流场的强迫风冷散热方法,设计了肋片高度为3 mm、6 mm、9 mm和12 mm的四种风冷散热结构,应用工程估算和CFD方法对不同风速下散热效果进行对比分析,搭建实验平台开展地面试验验证。结果表明,在桨毂上增加散热肋片能够有效提高散热效率,壁面温升可降低至无肋片模型的74%、55%、44%、35%;对于轴向风冷,肋片能显著强化散热,但是存在温度不均的问题。工程估算和CFD方法对电机的带肋表面风冷散热分析有较好的精度,可用于涵道风扇电机的温升预示,为涵道风扇推进系统的使用提供依据。根据分析结果提出了高功率密度电机强化散热的研究方向。

基于STC89C52的红外控制风扇方案的设计与实现

本文主要阐述了基于STC89C52芯片的红外控制风扇方案的硬件和软件设计,包括风扇转速模块、数码管显示模块、红外遥控模块、按键模块及定时模块。该方案能够实现红外遥控远程控制风扇的转速,风扇定时关闭,独立关闭功能。另外,还增加了独立按键来调节风扇的状态,包括风扇的关闭,风扇的转速。该方案操作方便,能够满足人们的日常生活需求。

投影仪散热风扇可持续供电控制电路设计

投影仪被广泛地应用在教学等各种场所,其正确关机方法是遥控关机,而实际上经常会出现直接断电这种非正确关机情况,导致投影仪灯泡热量无法顺利散发,严重影响投影仪使用寿命。基于此情况,设计了一种投影仪散热风扇可持续供电控制电路,在投影仪电源电路中增加电源通断电检测电路、灯泡温度检测电路、锂电池和可持续供电控制电路,并分析了电路工作原理。通过分析证明:该控制电路适合各种投影仪电源电路,能在不同状态下确保灯泡顺利散热,提高灯泡使用寿命,应用前景非常广阔。

基于人脸识别技术追踪降温的智能风扇系统

夏天天气热,风扇是常用的降温工具。一天,我打开风扇,风扇只对着我吹,却吹不到坐在沙发上看书的爸爸。我将风扇调到摇头模式,风扇头左右转动,转动角度约为180°,而我、风扇和爸爸的夹角不到60°,虽然风扇的风能吹到我和爸爸,但只是扫过,未在身上停留。也就是说,大部分风都在风扇转动过程中损耗了。有一次,我晚上忘记关风扇,第二天起床发现风扇还在工作,竟然空吹了一整晚。我决定发明一种智能风扇系统,让风扇具备“大脑”“眼睛”和“脚”等,方便高效地为人们吹风降温。

《智能风扇》教学设计

学习内容分析本课是《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》第三学段“过程与控制”模块的自编内容,属于“系统与模块”中的“身边的控制系统”部分。本课聚焦身边无处不在的控制系统,结合Mixly软件与Arduino开源硬件模拟实现风扇系统。本课的学习内容分为“解构风扇系统”“建构感应风扇系统”“实现温控感应风扇系统”三个部分。第一部分从组成要素的角度观察系统,探究开关风扇系统的控制方式;第二部分从功能实现的角度改造系统.

浅析电控硅油离合器风扇

随着节能意识成为全社会的共识,柴油机油耗越来越受到关注。冷却风扇作为有效降低冷却液温度的重要设备,在节油方面起到重要作用[1]。冷却风扇从传统的直驱风扇到硅油离合器风扇,再到电控电磁离合器风扇,以及目前的电控硅油离合器风扇。由于电控硅油离合器风扇具有稳定性好、控制精确度高、节油效果明显等优点,现阶段在重型柴油机冷却系统的应用愈来愈普遍。

空调外机轴流风扇涡流噪声控制设计研究

随着广大用户对空调舒适性的更高要求,空调外机噪声问题也日益受到关注,同时噪声问题研究也是提高空调性能指标关键所在,再者轴流风机作为空调室外机的关键部件,对空调噪声指标也有着重要的影响。因此以降低空调外机轴流风扇运行噪声值为目标,从削弱风扇表面叶尖涡、叶顶泄漏涡流强度为切入点,在现有轴流风扇基础上,结合生物界羽翼形状,设计了一种叶顶锯齿仿生风扇结构,并利用STAR-CCM仿真工具,对原始和仿生风扇进行仿真试验。仿真结果表明,仿生风扇相比原始模型的宽带噪声降低约2~4 dB(A),同时多维度揭示了叶顶渐变仿生锯齿的降噪机理。分析表明所设计的仿生结构有效改变了叶尖涡和叶尖泄漏涡强度以及发展轨迹,对轴流风机噪声降低有着正向影响。