空調風機
關注創建者：小白Johnny 創建時間：2023-11-02
空調風機的視頻教程
NUMECA FINE/TURBO 一瞥
葉輪機在今日社會的應用比較多，風扇、通風機、空調風機、油煙機、水輪機、汽輪機、燃氣輪機、飛機發動機、推進器、汽車增壓器等都屬于葉輪機。 NUMECA FINE TURBO軟件是葉輪機內部流動數值仿真軟件。仿真計算速度和內存需求比較小，計算精度多次獲得行業評測前列成績。 軟件分為數值仿真計算和葉輪設計優化兩個部分。課程對這兩個部分的功能和界面進行介紹和演示。
免費 1小時7分鐘 2744播放
查看
空調風機的實例教程
摘 要：針對某軌道交通的空調風機總成，利用前處理軟件HyperMesh對整個風機總成進行網格劃分，之后利用HyperWorks仿真平臺的有限元求解器OptiStruct對該風機總成進行分析。分析結果表明，在離心力和沖擊載荷作用下，風機總成的各個部件都沒有超過材料屈服強度，滿足設計要求。
關鍵詞：HyperMesh;空調風機;OptiStruct;強度;
0 引言
軌道交通是城市交通系統的主要組成部分，不但承載輸送乘客的職能，而且要在高低溫環境下保證客艙內的舒適性，因此空調系統發揮著重大作用。地鐵空調系統主要由空調機組、風道、送風格柵及控制裝置等組成。其中空調機組不但要調節空氣的溫度和濕度，提供舒適環境，而且要保證高可靠性。而空調機組內風機的可靠性直接影響了整個空調機組的正常運行。因為在空調運行過程中，空調風機長期處于運行狀態，加上其轉速高，車輛運行過程中還有慣性加速度的沖擊，因此在整個軌道交通空調系統中，空調風機屬于易發生故障的總成，因此有必要在設計時對其進行結構強度方面的分析研究和驗證[1]。
本文利用HyperMesh建立某軌道交通空調風機總成的有限元模型，利用HyperWorks仿真平臺有限元求解器OptiStruct對風機總成在設計工況下進行強度分析，根據分析結果，判定設計方案的可靠性和合理性。
1 空調風機總成的有限元模型建立
1.1 三維模型建立
利用三維設計軟件SolidWorks進行某軌道交通空調風機三維總成的幾何實體建模，如圖1所示。HyperMesh可以提供各種主流三維模型的導入接口，由于是裝配件總成，為了防止模型幾何數據的丟失，將模型按照國際標準化組織(ISO)所屬技術委員會制訂的國際統一CAD數據交換標準導出為.STEP格式。
展開 對某一特定的工程，特別是空調通風系統的噪控工程，很少重新設計消聲器的獨立結構（除安裝結構外），因為一般成熟的消聲器均都是系列化產品，較少對具本的工程重新設計某一消聲器。因此我們的主要工作是根據噪聲源的現場情況確定選用這些系列消聲器中的某一型號產品即可。
系列化消聲器的型號相當多，主要針對聲源的聲學特性、空氣動力性能的不同特點進行研發，其中最常見的空調通風系統的消聲器、風機消聲器系列等等。系列化消聲器即要有足夠的力學結構性能，也要有合理的外形尺寸和體積大小。對它的評價與單個消聲器的評價指標是相同的，即保證在最小的壓力損失的條件下，求得最大的消聲量，以確保聲源設備在安裝消聲器后的正常工作。
展開 通過CFD技術預測不同負荷下空調系統的制冷性能和回風溫度，具有比傳統假負載測試更方便、更快速的優點。
這里采用的是6sigmaDC軟件對某個數據中心進行建模和計算。6SigmaDC是一款專用于數據中心領域的CFD仿真工具，還可以用于對電子元器件的熱仿真分析。6SigmaDC提供了大量數據中心專有模塊，幫助用戶快速建模，例如：PDU（分布式供配電單元）、UDF（不間斷供電系統）、精密空調單元、機柜等。此外，6SigmaDC的PAC study功能也方便用戶對不同工況案例進行控制變量后的不同結果對比研究。
根據項目數據中心實際規模，數據中心規模為1131㎡，高3.44m，架空地板的高度為0.64m，采用下出風空調，架空地板下面的空間相當于靜壓箱的作用。所有出風口的尺寸均為常規的600mm×600mm。共有機柜336個，分12列布置，每列28個機柜，以形成6個冷通道。項目為2U-4kW服務器機架，為北京東南及燕郊周邊提供服務器場地租賃服務和相應的維護、以及必要的運行溫度、濕度。機柜出風溫度需要限制在36℃以下，采用常規下送風方式。精密空調風機轉速通過數據中心的回風溫度傳感器進行控制。數據中心內南北兩側分列兩列精密空調，每列6臺，每臺額定制冷量120kW。模型平面圖如下圖所示。
圖2. 數據中心平面圖
圖3為機柜底部的溫度分布云圖。其中中部一根柱子附近的的機柜出風口處溫度達到了36.9℃，這超過溫度規定范圍，這可能時由于機柜距離柱子過近，偏下層的機柜出風氣流受到柱子的阻礙，只能順著柱子爬升，無法迅速散出。
展開 （我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）
目前空調風機多采用機械軸承，風機主軸與軸承之間會產生機械摩擦，而電機必需克服這部分摩擦才能驅動風葉旋轉，同時造成電機發熱，產生較大幅度的振動，使得風機壽命降低。要想實現風機長時間的運行，還需軸承潤滑系統和冷卻系統的改進。如果采用磁浮軸承，定、轉子之間沒有機械摩擦，磁浮軸承運轉阻力為零，不會發熱，從而省去了冷卻系統和潤滑系統，減少了體積重量，提高了可靠性和壽命，懸浮運轉大大減少了機械噪聲同時也大大減少了機械振動，振動幅度遠遠小于普通風機，提高了整個空調的穩定性。
從目前國內的磁浮軸承技術水平來看，雖然已經具備了應用在常溫設備上的條件，但是仍然存在兩方面的間題:一方面由于較難實現磁懸軸承轉子的高精度控制，因而造成系統可靠性差以及故障率高;另一方面，欠缺標準化的產品工藝。
經濟性分析
上述磁浮軸承的各種優點的實現是建立在一套復雜的電子控制系統上。因為構成系統重要組成部分的傳感器費用比較高，再加上控制系統的設計費用，整體成本是普通機械軸承的數十倍以上，所以這在很大程度上限制了它在工業上的應用和推廣。
從長遠看，傳統風機和泵類設備能耗高，其在整個能耗中占很大比重，長時間的工作運行，電力成本昂貴，尤其是中后期的維護和損耗特別明顯，導致整個系統的能耗以及開支增加。采用磁浮軸承還可以節省一些裝置的配置費用，如：潤滑系統、齒輪傳動裝置、冷卻系統等。如果折算成磁浮軸承的費用，數目相當可觀。
展開 空調作為量大面廣的家用電器之一，除給消費者帶來制冷、制熱性作用以外，空調風機系統噪音直接關系到消費的舒適性，因此，低噪風葉正成為軸流風葉設計的一個趨勢。從學科上來看，這類風葉與工業用風葉相比，一方面在結構配置、設計方法和流動特性上有著很大不同；另一方面在性能上，雖然風壓低但風量范圍變化大且氣動及聲學的綜合性能要求高，故這類低壓風機的設計并非易事。特別是在軸流風扇形狀對噪音抑制方面需要進行更深入研究。目前，軸流風葉的設計主要基于實驗和CFD 技術，隨著CFD 技術的成熟和普及，CFD 技術成為空調風葉結構設計的主要手段。本文利用CFD 技術對不同風葉表面形狀和不同葉片外緣翹曲度的空調軸流風葉方案進行仿真分析，然后選擇最優方案制作模卡，進行實驗測試，從而驗證CFD仿真結果。
02
計算模型
本文以某空調室外機軸流風扇為研究對象，對軸流風扇結構進行優化分析，提高風扇風量同時降低風扇氣動噪音。風扇氣動噪音是空調外機噪音的一個主要來源，目前為了降低風葉氣動噪音，風葉外形在逐步進行仿生設計，例如風葉邊緣做成鋸齒狀，風葉端面打孔，葉片增加“蜻蜓痣”等方法，通過大量實驗證明仿生設計可以降低風葉的氣動噪音。本文對風葉外形進行優化設計，研討風葉外形與噪音的關系。
為節省計算時間，CFD 模擬僅對風扇模型進行分析，研討風扇性能。優化前風葉幾何參數如表1所示。
展開 
空調風機的相關專題、標簽、搜索
空調風機的最新內容
儲能產業鋰電熱失控氫氣泄漏監測1個月前
※ EMC : 碳酸甲乙酯 (Ethyl Methyl Carbonate)、 DEC : 碳酸二甲酯 (Diethyl Carbonate)
DMC : 碳酸二乙酯 (Dimethyl Carbonate)、 EC ： 碳酸乙酯 (Ethyl Carbonate)
熱失控的真實工況下，風機失效的原因
在儲能系統設計中，通風與冷卻設備（風機或空調）被視為控制氣體積聚、降低溫度的關鍵手段。
圖5 葉輪與輪轂螺栓連接及接觸
圖6 軌道交通空調風機總成有限元約束邊界
圖7 軌道交通空調風機總成應力云圖(MPa)
圖8 軌道交通空調風機框架應力云圖(MPa)
從計算分析結果可以看出：軌道交通空調風機總成的最大應力為198 MPa, 出現在空調風機的框架上，位于框架與電機支架的螺栓連接處；電機支架的最大應力為122.1 MPa, 出現在支架折彎處；風機葉輪的最大應力為
空調作為量大面廣的家用電器之一，除給消費者帶來制冷、制熱性作用以外，空調風機系統噪音直接關系到消費的舒適性，因此，低噪風葉正成為軸流風葉設計的一個趨勢。從學科上來看，這類風葉與工業用風葉相比，一方面在結構配置、設計方法和流動特性上有著很大不同；另一方面在性能上，雖然風壓低但風量范圍變化大且氣動及聲學的綜合性能要求高，故這類低壓風機的設計并非易事。
本案例某客箱船模型，根據實際情況所受激勵載荷主要有24個，分別為主機、螺旋槳、發電機、空壓機、空調、風機等。其中主機、發電機、螺旋槳與船體作用，船體會振動產生結構噪聲。其它激勵源通過空氣傳遞到船舶艙室內，產生空氣噪聲。
2.3 物理模型和網格劃分
空調系統HVAC計算模型如圖1所示，由進風箱、風機、空調濾芯、蒸發器芯體及空調殼體組成，模型對空調HVAC結構中小于5 mm的圓角進行去圓角簡化處理，空調濾芯及蒸發器模型簡化為多孔介質。
展品范圍：
整車空調系統：乘用車空調、客車空調、巴士空調、卡車空調、工程車空調、軌道交通空調等；
車用空調配件：壓縮機、冷凝器、蒸發器、散熱器、溫控器、風機、空調器；各種冷凝器電子扇、過濾網、制冷劑、貯液罐、熱力膨脹閥、 各種空調管路、空調電機、空調軸承、皮帶、開關、離合器、接頭、高低壓閥、電磁閥、換向閥、暖風機、水箱、密封件、潤滑油及檢測儀器等；
車用空調用品：
本案例某客箱船模型，根據實際情況所受激勵載荷主要有24個，分別為主機、螺旋槳、發電機、空壓機、空調、風機等。其中主機、發電機、螺旋槳與船體作用，船體會振動產生結構噪聲。其它激勵源通過空氣傳遞到船舶艙室內，產生空氣噪聲。
空調作為量大面廣的家用電器之一，除給消費者帶來制冷、制熱性作用以外，空調風機系統噪音直接關系到消費的舒適性，因此，低噪風葉正成為軸流風葉設計的一個趨勢。從學科上來看，這類風葉與工業用風葉相比，一方面在結構配置、設計方法和流動特性上有著很大不同；另一方面在性能上，雖然風壓低但風量范圍變化大且氣動及聲學的綜合性能要求高，故這類低壓風機的設計并非易事。
流場模型
實際工況下，艙體內部的濕空氣會在空調及排風口風機作用下形成強制對流，模型中將艙內濕空氣視作干燥空氣與水蒸氣的理想狀態混合氣體，選用雷諾數Re來描述艙內濕空氣的流體運動特征：
式(1)、(2)中：ρ為濕空氣密度，取1.121 kg/m3;u0為濕空氣平均流速，取1.5 m/s; L為艙體縱截面的特征長度m; a、b分別為艙體縱截面的寬度、高度，取a=1.8m, b=3.6
據了解，電磁熱泵除了適用于分戶獨立采暖外，還可為燃煤、油氣各式鍋爐配套用水泵，為各種空調機組、風機配套水泵，特別是為工業尤其可以廣泛用于石油化工領域。
