冷卻風扇
關注創(chuàng)建者：費柏平 創(chuàng)建時間：2019-07-10
冷卻風扇的視頻教程
【專題課程】ANSA For CFD從入門到精通(完結)
案例4：車輛懸架總成外表面網(wǎng)格封閉處理實戰(zhàn) ?案例5：整車復雜幾何總成下的外表面封閉處理實戰(zhàn) ?案例6：基于HexaBlock工具的CFD結構化純六面體網(wǎng)格劃分 ?案例7：幾何模型對比功能及優(yōu)化幾何CFD網(wǎng)格快速更新 ?案例8：基于Direct Morph網(wǎng)格變形技術的整車模型底盤高度和角度的方法 ?案例9：基于Box網(wǎng)格變形技術的整車外部形狀改變 ?案例10：基于冷卻風扇形狀的
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冷卻風扇的實例教程
摘要：以某新能源汽車的7葉片的冷卻風扇為研究模型，通過STAR CCM+軟件中Realizable k-ε湍流模型對其進行定常三維數(shù)值計算.首先進行了網(wǎng)格數(shù)量的無關性驗證；然后通過試驗驗證了數(shù)值計算模型的準確性，并對冷卻風扇內(nèi)部流場壓力與速度分布進行了分析；最后分析了葉片個數(shù)參數(shù)對冷卻風扇氣動性能的影響.結果表明：相同轉速的工況下，當冷卻風扇靜壓相同時，隨著葉片個數(shù)增多，其產(chǎn)生的流量越大.在冷卻風扇的靜壓效率方面，在風扇靜壓170-200 Pa左右時，9葉片風扇靜壓效率最高.在其他靜壓區(qū)間，當葉片數(shù)為7、8時，風扇靜壓效率要高于9葉片風扇.研究可以為新能源汽車冷卻風扇氣動性能優(yōu)化提供依據(jù).
近些年新能源汽車在中國發(fā)展迅速，新能源汽車的電子冷卻風扇是整車熱管理重要組成部分，電子冷卻風扇的設計要滿足電驅(qū)系統(tǒng)、電池系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)的冷卻需求；同時，電子冷卻風扇也會對新能源汽車的NVH性能影響很大.因此，設計出冷卻性能好與低噪音的電子冷卻風扇是至關重要的.CFD仿真分析技術的出現(xiàn)可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，同時降低開發(fā)成本，更可以從機理上研究冷卻風扇的流動細節(jié)，目前已經(jīng)廣泛應用到冷卻風扇的開發(fā)中.當前對冷卻風扇的研究主要集中在輪轂比、葉片個數(shù)、葉頂間隙、葉片安裝角與葉片形狀等方面對冷卻風扇性能的影響.
展開 圖2 基于16MVA下繞組中的損耗分布
5 散熱器中冷卻風扇的布置
變壓器制造商一般有興趣根據(jù)酯液變壓器散熱器上不同的冷卻風扇安裝方式來估算熱參數(shù)，并將熱參數(shù)結果與礦物油進行比較。各廠家在電力變壓器散熱器上常用的散熱風扇安裝配置(圖3、圖4)分為水平安裝(安裝在散熱器的兩側)和垂直安裝(安裝在散熱器的底部)。
該變壓器采用熱鍍鋅散熱器，將油箱頂部因功率損耗而產(chǎn)生的熱量抽出，并通過外置散熱器和冷卻風扇將冷卻后的油重新循環(huán)回油箱底。油箱內(nèi)安裝4個散熱器，寬520mm，高2200mm，每個散熱器23片。該截面的冷卻表面積為2.64m2, 50oC時每個截面的散熱面積為851W。采用3相，50Hz, 900RPM, 500W，直徑610mm，風量10450m3 /hr冷卻風機。r3和r4與r1和r2之間的距離為150mm。R2、R3散熱器距離為100mm。冷卻風扇安裝方式的組合見表1和表2。
圖3 4個散熱器的不同位置3個散熱器上的冷卻風扇配置。
圖4 4個散熱器的不同位置4個散熱器上的冷卻風扇配置
6 變壓器熱分析結果
礦物油的熱運行限值在本文中是根據(jù)客戶的技術規(guī)格來使用的。環(huán)境溫度最大值為50℃，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境溫度根據(jù)客戶要求進行考慮。最高油頂溫升、繞組平均溫升限值分別為50℃、55℃。
表1 4個散熱器布置3個冷卻風扇
表1 4個散熱器布置4個冷卻風扇
功率損耗會導致繞組絕緣退化，從而降低導體絕緣的抗拉強度和介電性能。對于變壓器設計工程師來說，由于絕緣材料的熱老化問題非常重要，因此預測變壓器不同線餅或線匝處的溫度分布是一個很有意義的問題。
展開 分析目標
發(fā)動機冷卻風扇屬于高速旋轉件，主要受到自身旋轉引起的不平衡慣性力和通過軸承及皮帶傳遞過來的發(fā)動機振動激勵。二者都有可能導致旋轉件渦動加劇而失穩(wěn)。
基于MeshFree對發(fā)動機冷卻風扇進行模態(tài)分析及諧響應分析，以進行轉子動力學校核及振動響應分析。并對三種方案進行評估選優(yōu)。
三種方案及主要參數(shù)
?主要區(qū)別在于聯(lián)軸及支承軸承方案
?軸承選用雙列球軸承，支承剛度影響因素眾多，暫無準確數(shù)值。單個軸承徑向支承剛度估算在10^6N/mm量級
?計算中對風扇軸芯部分簡化，并將皮帶及軸承以外零部件不納入風扇轉子系統(tǒng)進行計算。
?計算模型零部件總數(shù)在40個左右。
分析步設置
彈性支承模態(tài)分析-轉子動力學校核
約束模態(tài)動力學頻響分析-在發(fā)動機振動激勵下的響應分析
工作流程
結果示意（詳細結果及分析見文檔附件）
Demo視頻
見視頻附件（可惜無聲），基本包含一些建模過程的注意的細節(jié)。
感受
精度較高，這是邊界元半解析求解原理決定，可以用于詳細分析；
計算量略大于同復雜度等級FEA；
前處理自動化程度很高，但接觸識別計算量較大，感覺對幾何配合精度要求較高；
目前限于線性分析，好像還沒法做接觸非線性；
操作簡單易上手，既適合設計工程師做一些簡單分析，又適合CAE工程師求解一些規(guī)模較大精度要求較高的模型。
附件
MeshFree案例201907-冷卻風扇振動校核.pdf
FAN-modeAnalysis-Demo201907.part1.rar
FAN-modeAnalysis-Demo201907.part2.rar
展開 分析目標
發(fā)動機冷卻風扇屬于高速旋轉件，主要受到自身旋轉引起的不平衡慣性力和通過軸承及皮帶傳遞過來的發(fā)動機振動激勵。二者都有可能導致旋轉件渦動加劇而失穩(wěn)。
基于MeshFree對發(fā)動機冷卻風扇進行模態(tài)分析及諧響應分析，以進行轉子動力學校核及振動響應分析。并對三種方案進行評估選優(yōu)。
三種方案及主要參數(shù)
?主要區(qū)別在于聯(lián)軸及支承軸承方案
?軸承選用雙列球軸承，支承剛度影響因素眾多，暫無準確數(shù)值。單個軸承徑向支承剛度估算在10^6N/mm量級
?計算中對風扇軸芯部分簡化，并將皮帶及軸承以外零部件不納入風扇轉子系統(tǒng)進行計算。
?計算模型零部件總數(shù)在40個左右。
分析步設置
彈性支承模態(tài)分析-轉子動力學校核
約束模態(tài)動力學頻響分析-在發(fā)動機振動激勵下的響應分析
工作流程
結果示意（詳細結果及分析見文檔附件）
Demo視頻
見視頻附件（可惜無聲），基本包含一些建模過程的注意的細節(jié)。
感受
精度較高，這是邊界元半解析求解原理決定，可以用于詳細分析；
計算量略大于同復雜度等級FEA；
前處理自動化程度很高，但接觸識別計算量較大，感覺對幾何配合精度要求較高；
目前限于線性分析，好像還沒法做接觸非線性；
操作簡單易上手，既適合設計工程師做一些簡單分析，又適合CAE工程師求解一些規(guī)模較大精度要求較高的模型。
附件
MeshFree案例-冷卻風扇振動分析.pdf
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/535315
展開 引言
純電動汽車的不斷普及，在消除了內(nèi)燃機噪聲的同時，使得冷卻風扇的氣動噪聲問題受到更大的重視。并且，在具體的冷卻模塊設計中，為了滿足特定的通風量要求，或者為了將雙風扇合并為單風扇，往往涉及到風扇直徑的增大。但是，冷卻風扇氣動噪聲值和風扇直徑之間存在著重要的關系[1]，大直徑的風扇意味著更大的氣動噪聲。
另一方面，近代仿生學研究表明，將如圖1所示的鳥類翅膀的宏觀非光滑外形，應用于機翼及風扇葉片等氣動機械造型中，有利于降低其氣動噪聲值[2-3]。所以，將仿生學成果應用于電動汽車冷卻風扇，進行風圖 1 鳥類翅膀非光滑形態(tài)示意圖扇氣動噪聲的優(yōu)化，或者在風扇直徑增大時降低其氣動噪聲，無論是在理論研究和工程實際之中都具有重要的意義。
本文以 CFD（Computational Fluid Dynamics）理論為基礎，以商用CFD軟件star CCM?為主要研究工具，建立了軸流風扇氣動噪聲計算方法。并應用該方法對小直徑普通風扇和大直徑仿生風扇的氣動噪聲值進行了計算，而且對仿生葉片風扇的降噪機理進行了深入的研究。
1. 風扇氣動噪聲計算方法
1.1 計算幾何模型及網(wǎng)格
研究顯示，軸流風扇的噪聲源包括干涉噪聲和自噪聲兩部分[4]。其中，干涉噪聲是指旋轉葉片與固定部件之間的流體干涉，以及風扇上游部件導致的進口湍流產(chǎn)生的噪聲；自噪聲的主要噪聲源為風扇葉片的氣流分離、尾渦脫落和葉尖窩等。
針對乘用車冷卻風扇而言，如圖2所示，風扇由輪轂、葉片、和葉圈組成，葉圈與葉片固連在一起共同運動。風扇外部有風扇框架，風扇框架上與葉圈相對應的部分為護風圈。另外在散熱器風扇上游存在發(fā)動機艙入口格柵、散熱器、冷凝器等部件，風扇下游還有動力總成及其附件等結構。所有這些結構，都會對散熱器風扇的氣動噪聲值產(chǎn)生不同程度的影響。
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7/16 | Ansys旋轉葉片設計、仿真及優(yōu)化流程2026新功能及方案更新
講師簡介：
姚翔 | Ansys 高級應用工程師
主題簡介：主要介紹Ansys CFD 2026R1最新版本在旋轉葉片設計、優(yōu)化和仿真領域的重要更新，同時展示Ansys CFD產(chǎn)品在冷卻風扇、飛行器旋翼和其他旋轉機械葉片氣動及氣動噪聲設計優(yōu)化領域的最新案例和解決方案。
無論是建筑物熱分析、車輛空氣動力學優(yōu)化、齒輪箱潤滑設計，還是冷卻風扇噪聲控制、創(chuàng)新醫(yī)療設備開發(fā)，Altair CFD? 都能提供精準、高效的仿真支持，適配全行業(yè)研發(fā)需求，助力企業(yè)實現(xiàn)從概念設計到產(chǎn)品驗證的全流程數(shù)字化仿真閉環(huán)。
█展品范圍：
液冷原料: 包括冷卻液、制冷劑、氟化液、硅油、礦物油 二氧化碳/氫、水溶液等;液冷裝置:冷板式液冷用品、金屬冷板、發(fā)熱設備及部件、液體循環(huán)設備浸沒式液冷用品、散熱器件、散熱器、散熱管風扇、冷卻液、泵、壓縮機、驅(qū)動環(huán)動力組件、溫度控制組件、節(jié)溫器/溫控器、溫度傳感器、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹壺/冷卻液罐等;
管路與連接件: 膠管、金屬管、波紋管、保溫管、水管/接 頭、冷卻管路及連接各部件等輔助散熱設備
屋頂冷水機組氣動噪聲分析7個月前
從本例看，水冷機組安裝通風斗降噪效果顯著，且對風扇冷卻性能影響小。下一步對風扇葉片造型進行 DOE 參數(shù)優(yōu)化設計，可進一步降低噪聲源。
全球100個AI應用案例電子書下載
△Altair 正式發(fā)布全球100個AI應用案例電子書，內(nèi)容覆蓋10+行業(yè)的100個AI應用場景。
從本例看，水冷機組安裝通風斗降噪效果顯著，且對風扇冷卻性能影響小。下一步對風扇葉片造型進行 DOE 參數(shù)優(yōu)化設計，可進一步降低噪聲源。
全球100個AI應用案例電子書下載
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（強制冷卻）和靜止（自動對流）兩種工況。
LBM
4 演示案例
機艙尺寸的長寬高為3.6*2.2*1.8米，風扇直徑1米；
風扇的上下游各有2個換熱器，外部空氣從上游格柵吸入，從左右兩側和下游的格柵排出；
換熱器1已知發(fā)熱功率，換熱器2已知入口冷卻液溫度；
排氣管，發(fā)動機表面，油底殼表面分別設置高溫邊界條件，環(huán)境溫度30℃；
分別計算風扇旋轉（強制冷卻）和靜止（自動對流）兩種工況。
wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p><strong>逆變器內(nèi)部結構</strong></p><p><br></p><p><strong>5個軸流冷卻風扇</strong></p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/x0yLiaf5fF6zUKZ6L2vjBdwSN85joBDiahFjSEUanU7xdmprdLO1CKr8FokA15SibTVsRUF8Amib6ibKTaC4xFBrPuw
電力設備干式變壓器散熱仿真分析APP封裝了冷卻風扇安裝與運行參數(shù)、包封材料物性參數(shù)以及高中低壓線圈熱損耗等參數(shù)，可快速計算風冷條件、材料特性及熱損耗分布等改變的情況下對變壓器各部件換熱溫度及冷卻通道流場的影響。
例如，在冷卻風扇仿真中，包圍風扇的旋轉域可以存儲在與周圍域分離的網(wǎng)格文件中，從而允許用戶在不同的風扇模型之間進行交換，而無需重新劃分網(wǎng)格。
● 網(wǎng)格質(zhì)量檢查表
提供了一個新表格，用于快速檢查網(wǎng)格單元質(zhì)量并識別問題。對于每個可用的特定網(wǎng)格質(zhì)量標準，可以選擇質(zhì)量范圍以突出顯示位于所選質(zhì)量范圍內(nèi)的所有網(wǎng)格單元的位置。
