風(fēng)扇旋渦
關(guān)注創(chuàng)建者：yxp0710 創(chuàng)建時間：2020-08-11
風(fēng)扇旋渦的實例教程
（轉(zhuǎn)）
摘要：本文應(yīng)用Flomerics公司的Flotherm電子設(shè)備熱設(shè)計仿真軟件來研究風(fēng)扇出風(fēng)口與散熱器間的距離對模塊散熱的影響，通過監(jiān)測散熱器齒片間流場的均勻度及關(guān)鍵功率器件處散熱器表面的溫升，合理控制熱設(shè)計冗余，來確定出風(fēng)扇出風(fēng)口與散熱器間的最佳距離，為電源產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供可行的解決方案。
關(guān)鍵詞：風(fēng)扇散熱器最佳距離流場
1．前言
隨著電源技術(shù)的不斷進步，電源類產(chǎn)品功率密度不斷地提高，電源類產(chǎn)品體積也大大縮小了。產(chǎn)品體積不斷的縮小，要求產(chǎn)品結(jié)構(gòu)必須緊湊，而熱設(shè)計又制約著結(jié)構(gòu)設(shè)計，在滿足熱設(shè)計要求的前提下，通過合理、正確地空間布局，最大限度的壓縮電源產(chǎn)品的空間以提高模塊的功率密度恰好是熱設(shè)計優(yōu)化的主要任務(wù)。
在強迫吹風(fēng)冷卻情形下，由于風(fēng)扇旋渦swirl存在，散熱器與風(fēng)扇間的距離對其流場均勻度影響較大，理論上，當(dāng)散熱器與風(fēng)扇間的距離的距離足夠大時，風(fēng)扇旋渦 swirl 對流場的影響較小，然而在產(chǎn)品設(shè)計中，由于體積的限制，不可能允許散熱器與風(fēng)扇間的距離太大，換句話說，風(fēng)扇旋渦swirl對散熱的影響是一定存在的，本文利用FLOTHERM熱仿真分析軟件，通過合理控制熱設(shè)計冗余，力求得出一個較合理的風(fēng)扇與散熱器的距離，為電源產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供借鑒。
2．仿真分析模型
下圖為吹風(fēng)冷卻時風(fēng)扇出風(fēng)口與散熱器間距離對模塊散熱影響研究的仿真分析模型。
在該模型中，冷卻空氣入口溫度，也即是模塊工作的環(huán)境溫度為40C。系統(tǒng)采用三個外形直徑為150.0mm，HUB直徑為75.0mm軸流風(fēng)扇作為該模塊的冷卻風(fēng)扇，在改變風(fēng)扇與散熱器間的距離時，僅僅延伸求解域的大小，不改變該模型中散熱器的結(jié)構(gòu)尺寸、功率元器件的大小、布置位置以及散熱器部分的網(wǎng)格劃分，力圖使不同模型間的維一差異為風(fēng)扇與散熱器間的距離。
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風(fēng)扇旋渦的最新內(nèi)容
圖5-3 離心風(fēng)機噪聲分析
圖5-4 風(fēng)扇噪聲方式與實測對比
5.2 旋渦風(fēng)機噪聲案例
針對某旋渦風(fēng)機模型進行噪聲模擬，并研究不同葉片數(shù)、輪徑比、葉片彎角、寬度等參數(shù)對噪聲的影響，并以離散頻率噪聲為目標進行消聲器降噪設(shè)計。
包括：
矢量圖：截面、散熱器面和風(fēng)扇的速度矢量圖，壁面的剪切力矢量圖
壓力云圖：車輛表面、散熱器上游面和截面上的壓力
流線圖：從車輛不同位置（管道、底盤等）發(fā)出的多個流線圖
等值面：顯示流動分離、靜壓、湍動能和旋渦的三維等值面圖
壓力中心位置
車輛幾何：實體或半透明顯示
結(jié)果場景中包含的顯示器
在結(jié)果場景中打開壁面剪切力
風(fēng)扇電機由外徑為1.5m、高度為1.009m的懸掛圓形風(fēng)管支撐，可以產(chǎn)生上升氣流和漩渦流。安裝在風(fēng)管頂部的兩個葉片可以通過調(diào)整其葉片角度產(chǎn)生具有不同渦流比的龍卷風(fēng)。懸浮在水平活動框架上的圓形風(fēng)管可以模擬真實的移動龍卷風(fēng)(圖2)。
優(yōu)化后風(fēng)扇的流量提高4.7%，氣動效率提高約5%。如結(jié)合蝸殼的外形優(yōu)化，可一步提高優(yōu)化空間。
重疊格子（Overset）技術(shù)，模擬風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)動；
背景流體+風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)區(qū)域，在動靜交界面上格子部分重疊
5.
風(fēng)扇的翼前緣部和翼外周部的壓力變低的部分（圖2的黑框）。這一部分的壓力降低被認為是渦流產(chǎn)生的原因，為了使壓力降低變小，將其改良成翅膀形狀，可以減少噪音。
圖2：LES分析的壓力分布圖
圖3以從翼的正側(cè)面觀察某一瞬間的壓力分布的圖表示。改良前（下）有從翼面剝離的流動，有細小的壓力變動，旋渦發(fā)生的情況也可以親眼確認。
優(yōu)化后風(fēng)扇的流量提高4.7%，氣動效率提高約5%。如結(jié)合蝸殼的外形優(yōu)化，可一步提高優(yōu)化空間。
如下為通過 Actran 與 MSC CFD 軟件 Cradle 聯(lián)合仿真軸流風(fēng)扇以及離心風(fēng)扇的噪聲與實驗對比。
軸流風(fēng)機噪聲仿真結(jié)果
上圖中紅線為 MSC Cradle 與 MSC Actran 仿真結(jié)果曲線；藍線為實驗室環(huán)境下的實驗測試結(jié)果。
現(xiàn)有研究成果總結(jié)：
在空調(diào)室外機軸流風(fēng)扇中，葉頂部分的紊流強度很大，這也是葉尖渦產(chǎn)生的地方。可以認為葉頂不穩(wěn)定的漩渦流動是噪聲產(chǎn)生的主要原因。葉頂旋渦結(jié)構(gòu)跟導(dǎo)風(fēng)圈的配置緊密相關(guān)，可以通過改變導(dǎo)風(fēng)圈的結(jié)構(gòu)，改變?nèi)~頂旋渦結(jié)構(gòu)和強度，降低噪聲。
寬頻噪聲強度，與主流速度成六次冪關(guān)系。意味著葉片通道中主流速度大小是影響噪聲大小的一個重要因素。
即產(chǎn)生旋渦流導(dǎo)致形成渦繩的裝置），使旋渦強度在運行過程中平穩(wěn)變化
