优化车用轴流式冷却风扇设计的路径探索

在现代汽车工业快速发展的影响下,汽车发动机功率也在逐步提高,同时发动机内部零件的结构布置也变得越发紧密,这些情况的叠加存在也就对发动机的整体散热性提出了更高的要。车用轴流式冷却风扇作为整个汽车散热系统的核心,其性能的高低将会直接影响到散热系统的冷却性能等各个方面,本文针对车用轴流式冷却风扇的设计优化展开了分析。

基于航空技术的轴流散热风扇气动噪声计算

本文采用基于涡流面和FW—H方程方法，主要目标是对风扇叶片上的不稳定空气动力进行计算。采用了基于涡流面方法（或势流方法）的二维软件分析方法。实现了对动态网格附近势流的计算。研究显示，势流计算方法在计算近距离区域离散频率噪声方面具有优势。而对于远距离区域噪声，势流方法结合FW—H方程具有优势。势流方法允许定位噪声的主要源，该噪声源位于叶片尖部，且是强力波动区域。势流计算方法形成了一种工具，能够根据空气动力参数，得到可靠的噪声响应。对于非定常现象所产生的声音干扰，可以采用数值模拟（CFD）进行计算。理论研究结果与实验结果相对比，验证了风扇气动噪声性能计算方法是可靠的。

基于涡量分析方法的轴流风扇结构优化设计

为研究涡量分析方法在轴流式冷却风扇优化设计中的应用,首先建立轴流风扇气动性能参数与周向涡量的直接数学物理关系,发现叶片表面平均周向涡量与风扇静压呈正相关;然后基于一款实例轴流冷却风扇,详细阐述了涡量分析方法步骤,建立了风扇管道数值计算模型,并从涡量角度指出了该款风扇的优化设计思路.结果表明:根据负周向涡量的分布,在风扇叶片表面增加导向筋,可以有效隔断负周向涡量的发展,提高平均周向涡量;利用涡量分析方法,合理设计风扇叶片压力面空气导向筋的形状、轴向高度及其厚度,可有效提高风扇气动性能;优化前后实例风扇测试结果最终验证了涡量分析方法可辅助于轴流冷却风扇的优化设计.

Heat Transfer and Performance Characteristics of Axial Cooling Fans with Downstream Guide Vanes

This study examines experimentally the effect of stators on the performance and heat transfer characteristics of small axial cooling fans. A single fan impeller, followed by nine stator blades in the case of a complete stage, was used for all the experimental configurations. Performance measurements were carried out in a constant speed stage performance test rig while the transient liquid crystal technique was used for the heat transfer measurements. Full surface heat transfer coefficient distributions were obtained by recording the temperature history of liquid crystals on a target plate. The experimental data indicated that the results are highly affected by the flow conditions at the fan outlet. Stators can be beneficial in terms of pressure drop and efficiency, and thus more economical operation, as well as, in the local heat transfer distribution at the wake of the stator blades if the fan is installed very close to the cooling object. However, as the separation distance increases, enhanced heat transfer rate in the order of 25% is observed in the case of the fan impeller.