風(fēng)扇的案例
工業(yè)風(fēng)扇的振動(dòng)問題探究：Part1 風(fēng)扇失效的判斷準(zhǔn)則 ￥500
對于工程機(jī)械，工業(yè)風(fēng)扇通常用于冷卻機(jī)器內(nèi)部的關(guān)鍵元件。隨著對機(jī)器內(nèi)部冷卻要求的提高，風(fēng)扇的振動(dòng)問題越來越引人關(guān)注。通常情況下，在風(fēng)扇電機(jī)的非驅(qū)動(dòng)端，我們總能獲得一定的振動(dòng)值。在這篇文章中，我們將介紹這些振動(dòng)造成其失效的準(zhǔn)則。
風(fēng)扇的振動(dòng)可能會(huì)引起如下問題：
風(fēng)扇軸承中的潤滑脂被破壞，從而加速軸承磨損及損壞。
軸承中的滾子與軸套出現(xiàn)周期性的接觸失效與碰撞，從而造成軸承內(nèi)圈與外圈的磨損。
造成其他金屬結(jié)構(gòu)負(fù)載元件（例如：風(fēng)扇柵格或者風(fēng)扇橋架）的疲勞老化。
當(dāng)風(fēng)扇振動(dòng)傳遞到旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的關(guān)鍵元件（例如：電機(jī)），從而影響旋轉(zhuǎn)機(jī)械的使用壽命。
風(fēng)扇的振動(dòng)也會(huì)增加風(fēng)扇的噪聲，從而影響操作人員的舒適度。
展開 涵道風(fēng)扇電推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)探討
其次，涵道風(fēng)扇和機(jī)翼或機(jī)身融合設(shè)計(jì)時(shí)，翼身結(jié)構(gòu)會(huì)改變涵道風(fēng)扇的進(jìn)口流場，使得涵道風(fēng)扇的氣動(dòng)效率有所降低，并且涵道風(fēng)扇抽吸效應(yīng)和滑流也會(huì)改變翼身表面的流場和壓力分布，對航空器氣動(dòng)性能產(chǎn)生擾動(dòng)。例如，在
S8036翼型上安裝5個(gè)涵道風(fēng)扇后（占機(jī)翼展長70.3%），涵道風(fēng)扇的推力以及機(jī)翼的氣動(dòng)力和不帶涵道風(fēng)扇的機(jī)翼有明顯變化，這種變化隨飛行攻角和襟翼偏轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)非線性
。雖然設(shè)計(jì)良好的連接結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生附加升力，但在不同飛行高度、速度、姿態(tài)下這種附加升力難以精確控制，因此，實(shí)用中想通過涵道風(fēng)扇和翼身融合來增加升力、提高效率并不容易，設(shè)計(jì)不佳的涵道風(fēng)扇翼身融合體非但不能獲得附加升力，還可能增加阻力、降低整機(jī)氣動(dòng)性能、增加消極質(zhì)量。此外，對于分布式涵道風(fēng)扇
eVTOL航空器，前后布置的涵道風(fēng)扇還存在尾流影響，后部涵道風(fēng)扇受前涵道風(fēng)扇尾流干擾后流場不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)拉力驟降并導(dǎo)致航空器姿態(tài)失穩(wěn)
。
對此在技術(shù)方法上：一是需要以某特定飛行器構(gòu)型，深入研究涵道風(fēng)扇抽吸效應(yīng)與滑流對涵道風(fēng)扇本身和翼身氣動(dòng)特性的影響規(guī)律，重點(diǎn)包括涵道尺寸/型面/進(jìn)氣入口開關(guān)與機(jī)翼的翼身外形融合、不同速度/攻角/側(cè)滑角對涵道風(fēng)扇和翼身氣動(dòng)影響、相鄰涵道風(fēng)扇的抽吸干擾、涵道風(fēng)扇地面效應(yīng)、前后涵道風(fēng)扇尾流干擾等；二是結(jié)合CFD仿真、靜態(tài)拉力試驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)，探索復(fù)雜干擾特性的快速預(yù)示方法，從工程角度減輕航空器早期概念設(shè)計(jì)和方案設(shè)計(jì)的計(jì)算工作量；三是基于前述研究獲得的規(guī)律簡化建立涵道風(fēng)扇與翼身融合設(shè)計(jì)的多學(xué)科優(yōu)化模型，對不同構(gòu)型方案快速分析和迭代設(shè)計(jì)。對于縱列式傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇eVTOL航空器，可通過增大軸向和縱向涵道風(fēng)扇的間距可以減小平飛時(shí)的尾流干擾，并研究專門的涵道風(fēng)扇傾轉(zhuǎn)控制策略，避免傾轉(zhuǎn)過程中前后涵道風(fēng)扇尾流干擾導(dǎo)致姿態(tài)失控。
展開 STAR-CCM+乘用車?yán)鋮s風(fēng)扇氣動(dòng)噪音研究
引言
純電動(dòng)汽車的不斷普及，在消除了內(nèi)燃機(jī)噪聲的同時(shí)，使得冷卻風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲問題受到更大的重視。并且，在具體的冷卻模塊設(shè)計(jì)中，為了滿足特定的通風(fēng)量要求，或者為了將雙風(fēng)扇合并為單風(fēng)扇，往往涉及到風(fēng)扇直徑的增大。但是，冷卻風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲值和風(fēng)扇直徑之間存在著重要的關(guān)系[1]，大直徑的風(fēng)扇意味著更大的氣動(dòng)噪聲。
另一方面，近代仿生學(xué)研究表明，將如圖1所示的鳥類翅膀的宏觀非光滑外形，應(yīng)用于機(jī)翼及風(fēng)扇葉片等氣動(dòng)機(jī)械造型中，有利于降低其氣動(dòng)噪聲值[2-3]。所以，將仿生學(xué)成果應(yīng)用于電動(dòng)汽車?yán)鋮s風(fēng)扇，進(jìn)行風(fēng)圖 1 鳥類翅膀非光滑形態(tài)示意圖扇氣動(dòng)噪聲的優(yōu)化，或者在風(fēng)扇直徑增大時(shí)降低其氣動(dòng)噪聲，無論是在理論研究和工程實(shí)際之中都具有重要的意義。
本文以 CFD（Computational Fluid Dynamics）理論為基礎(chǔ)，以商用CFD軟件star CCM?為主要研究工具，建立了軸流風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲計(jì)算方法。并應(yīng)用該方法對小直徑普通風(fēng)扇和大直徑仿生風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲值進(jìn)行了計(jì)算，而且對仿生葉片風(fēng)扇的降噪機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。
1. 風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲計(jì)算方法
1.1 計(jì)算幾何模型及網(wǎng)格
研究顯示，軸流風(fēng)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(zhuǎn)葉片與固定部件之間的流體干涉，以及風(fēng)扇上游部件導(dǎo)致的進(jìn)口湍流產(chǎn)生的噪聲；自噪聲的主要噪聲源為風(fēng)扇葉片的氣流分離、尾渦脫落和葉尖窩等。
針對乘用車?yán)鋮s風(fēng)扇而言，如圖2所示，風(fēng)扇由輪轂、葉片、和葉圈組成，葉圈與葉片固連在一起共同運(yùn)動(dòng)。風(fēng)扇外部有風(fēng)扇框架，風(fēng)扇框架上與葉圈相對應(yīng)的部分為護(hù)風(fēng)圈。另外在散熱器風(fēng)扇上游存在發(fā)動(dòng)機(jī)艙入口格柵、散熱器、冷凝器等部件，風(fēng)扇下游還有動(dòng)力總成及其附件等結(jié)構(gòu)。所有這些結(jié)構(gòu)，都會(huì)對散熱器風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲值產(chǎn)生不同程度的影響。
展開 電子散熱工程中風(fēng)扇選擇的9大因素
下圖顯示了由風(fēng)扇入口或排氣口附近的阻塞引起的風(fēng)扇特性曲線的壓縮。X是從風(fēng)扇到障礙物的距離。
障礙物距離對風(fēng)扇特性曲線的抑制
測量風(fēng)壓的探頭會(huì)產(chǎn)生較小的阻力損失，如果放在出風(fēng)口，將使得噪音增加。在風(fēng)扇進(jìn)氣口附近放置障礙物可能會(huì)比在風(fēng)扇出口處放置障礙物引起更大的噪音。
5、選擇風(fēng)扇
通過估算所需的氣流流量，您可以選擇特定的風(fēng)扇。首先，考慮風(fēng)扇是否應(yīng)使用交流或直流電源。直流風(fēng)扇的成本較高，因此機(jī)箱系統(tǒng)機(jī)箱系統(tǒng)幾乎全部使用交流風(fēng)扇。現(xiàn)在這個(gè)價(jià)格差異消失了，直流電風(fēng)扇的許多優(yōu)點(diǎn)使它們成為最佳選擇。直流風(fēng)扇的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是壽命更長，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是功耗比交流風(fēng)扇低近60％。據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，風(fēng)扇溫度升高10℃會(huì)降低其使用壽命多達(dá)20,000小時(shí)。
另一個(gè)選擇因素是直流風(fēng)扇的速度與電壓直接成比例，因此它可以在合理的風(fēng)量要求下運(yùn)行。然而，通常風(fēng)扇運(yùn)行速度低于最大速度，進(jìn)而噪音和功率更小。
直流風(fēng)扇的其他優(yōu)點(diǎn)包括EMI和RFI均低于交流風(fēng)扇。此外，使用交流風(fēng)扇，設(shè)計(jì)師不得不處理各種各樣的供電電壓和頻率。使用直流風(fēng)扇時(shí)，這些問題會(huì)消失。總的來講，使用直流風(fēng)扇比交流風(fēng)扇更為簡單。
大多數(shù)直流風(fēng)扇有12V和24V兩種版本。高電壓是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼘?dǎo)致更低的電流和更低的功耗。
風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音的頻率和幅度隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加。如果可以選擇，請選擇低速電機(jī)以降低噪音。
在估算了機(jī)箱系統(tǒng)氣流要求和靜壓后，可以咨詢查找供應(yīng)商提供的風(fēng)扇PQ曲線，以選擇能夠提供足夠冷卻風(fēng)量的風(fēng)扇。工程師應(yīng)謹(jǐn)慎使用這些曲線，風(fēng)扇真實(shí)的PQ性能曲線可能與標(biāo)稱顯示的曲線性能相差10％。
有時(shí)在自由空氣中測試風(fēng)扇性能數(shù)據(jù)，配置不合理，也會(huì)導(dǎo)致一些誤差。此類誤差大約在0.05和0.15英寸水柱之間。
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家用小型USB充電風(fēng)扇跌落分析
家用小型USB充電風(fēng)扇跌落分析
1問題引出
家用小型USB充電風(fēng)扇由于體積小便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)深受廣大消費(fèi)者的青睞，家用小型USB充電風(fēng)扇的大量生產(chǎn)也給運(yùn)輸帶來了一定的壓力，在運(yùn)輸過程難免會(huì)發(fā)生碰撞與跌落，尤其是風(fēng)扇的跌落，是風(fēng)扇報(bào)廢的主要原因。為此，本文建立風(fēng)扇跌落的仿真模型，分析其跌落對風(fēng)扇內(nèi)部零件變形損壞的影響，為家用小型USB充電風(fēng)扇在運(yùn)輸過程的跌落防控提供設(shè)計(jì)方案。
2 家用小型USB充電風(fēng)扇建模簡化及分析
由于家用小型USB充電風(fēng)扇的曲面建模比較復(fù)雜，因此選擇專門的三維建模軟件NX10.0進(jìn)行風(fēng)扇的三維建模，在建模過程中，考慮到LSDYNA動(dòng)力分析的仿真合理與便捷，做出幾點(diǎn)簡化處理：（1）由于此種風(fēng)扇有設(shè)計(jì)專門的防撞板，故忽略USB充電風(fēng)扇的底座的三維建模（2）由于USB充電線對跌落過程影響不大，忽略USB充電線及充電插孔的建模部分（3）電機(jī)建成一個(gè)整體部分，忽略電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)（4）電機(jī)與風(fēng)扇葉片之間通過螺栓連接，螺栓用圓柱連接代替，螺母用矩形截面的長方體代替。通過上述建模分析與簡化處理，在UG軟件中建立的家用小型USB充電風(fēng)扇模型如圖1所示。建立好的模型檢查無誤后導(dǎo)出為文本文件（x_t格式），方便在ANSYS的WORKBENCH平臺(tái)進(jìn)行前處理操作與無限大地面的建立。
圖1家用小型USB充電風(fēng)扇簡化模型
3 ANSYS/LSDYNA算例求解
在用UG建立好風(fēng)扇的三維模型后，用ANSYS WORKBENCH平臺(tái)繼續(xù)進(jìn)行幾何模型和的處理工作，相關(guān)界面如圖2所示。在DM中首先建立無限大的地面板用以模擬跌落所需要的地面，風(fēng)扇導(dǎo)入到DM中可以看到經(jīng)過簡化后的風(fēng)扇被劃分成了17個(gè)part，各個(gè)part所代表的的零件如表1所示。
展開 電子散熱工程中風(fēng)扇選擇的9大因素
機(jī)箱系統(tǒng)的阻抗曲線
風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)（系統(tǒng)阻抗曲線與風(fēng)機(jī)PQ曲線交點(diǎn)）
只有設(shè)計(jì)風(fēng)扇的最佳位置，優(yōu)化機(jī)箱系統(tǒng)風(fēng)道，才能實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的全部潛力。否則，風(fēng)扇特性曲線被抑制，導(dǎo)致氣流減少。 后續(xù)有一些對機(jī)箱系統(tǒng)風(fēng)道的建議，以盡量減少機(jī)箱系統(tǒng)的阻力損失。
這些計(jì)算或者建議是根據(jù)4715系列風(fēng)扇進(jìn)行的；但是，它同樣適用于其他風(fēng)扇。下圖顯示了由風(fēng)扇入口或排氣口附近的阻塞引起的風(fēng)扇特性曲線的壓縮。X是從風(fēng)扇到障礙物的距離。
障礙物距離對風(fēng)扇特性曲線的抑制
測量風(fēng)壓的探頭會(huì)產(chǎn)生較小的阻力損失，如果放在出風(fēng)口，將使得噪音增加。在風(fēng)扇進(jìn)氣口附近放置障礙物可能會(huì)比在風(fēng)扇出口處放置障礙物引起更大的噪音。
五、選擇風(fēng)扇
通過估算所需的氣流流量，您可以選擇特定的風(fēng)扇。首先，考慮風(fēng)扇是否應(yīng)使用交流或直流電源。直流風(fēng)扇的成本較高，因此機(jī)箱系統(tǒng)機(jī)箱系統(tǒng)幾乎全部使用交流風(fēng)扇。現(xiàn)在這個(gè)價(jià)格差異消失了，直流電風(fēng)扇的許多優(yōu)點(diǎn)使它們成為最佳選擇。直流風(fēng)扇的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是壽命更長，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是功耗比交流風(fēng)扇低近60％。據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，風(fēng)扇溫度升高10℃會(huì)降低其使用壽命多達(dá)20,000小時(shí)。
另一個(gè)選擇因素是直流風(fēng)扇的速度與電壓直接成比例，因此它可以在合理的風(fēng)量要求下運(yùn)行。然而，通常風(fēng)扇運(yùn)行速度低于最大速度，進(jìn)而噪音和功率更小。
直流風(fēng)扇的其他優(yōu)點(diǎn)包括EMI和RFI均低于交流風(fēng)扇。此外，使用交流風(fēng)扇，設(shè)計(jì)師不得不處理各種各樣的供電電壓和頻率。使用直流風(fēng)扇時(shí)，這些問題會(huì)消失。總的來講，使用直流風(fēng)扇比交流風(fēng)扇更為簡單。
大多數(shù)直流風(fēng)扇有12V和24V兩種版本。高電壓是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼘?dǎo)致更低的電流和更低的功耗。
風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音的頻率和幅度隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加。如果可以選擇，請選擇低速電機(jī)以降低噪音。
展開 基于CFD 的新能源汽車?yán)鋮s風(fēng)扇氣動(dòng)性能仿真分析
摘要：以某新能源汽車的7葉片的冷卻風(fēng)扇為研究模型，通過STAR CCM+軟件中Realizable k-ε湍流模型對其進(jìn)行定常三維數(shù)值計(jì)算.首先進(jìn)行了網(wǎng)格數(shù)量的無關(guān)性驗(yàn)證；然后通過試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，并對冷卻風(fēng)扇內(nèi)部流場壓力與速度分布進(jìn)行了分析；最后分析了葉片個(gè)數(shù)參數(shù)對冷卻風(fēng)扇氣動(dòng)性能的影響.結(jié)果表明：相同轉(zhuǎn)速的工況下，當(dāng)冷卻風(fēng)扇靜壓相同時(shí)，隨著葉片個(gè)數(shù)增多，其產(chǎn)生的流量越大.在冷卻風(fēng)扇的靜壓效率方面，在風(fēng)扇靜壓170-200 Pa左右時(shí)，9葉片風(fēng)扇靜壓效率最高.在其他靜壓區(qū)間，當(dāng)葉片數(shù)為7、8時(shí)，風(fēng)扇靜壓效率要高于9葉片風(fēng)扇.研究可以為新能源汽車?yán)鋮s風(fēng)扇氣動(dòng)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(fēng)扇是整車熱管理重要組成部分，電子冷卻風(fēng)扇的設(shè)計(jì)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(shí)，電子冷卻風(fēng)扇也會(huì)對新能源汽車的NVH性能影響很大.因此，設(shè)計(jì)出冷卻性能好與低噪音的電子冷卻風(fēng)扇是至關(guān)重要的.CFD仿真分析技術(shù)的出現(xiàn)可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，同時(shí)降低開發(fā)成本，更可以從機(jī)理上研究冷卻風(fēng)扇的流動(dòng)細(xì)節(jié)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到冷卻風(fēng)扇的開發(fā)中.當(dāng)前對冷卻風(fēng)扇的研究主要集中在輪轂比、葉片個(gè)數(shù)、葉頂間隙、葉片安裝角與葉片形狀等方面對冷卻風(fēng)扇性能的影響.
展開 航空發(fā)動(dòng)機(jī)寬弦空心風(fēng)扇葉片制造研究綜述
而近幾十年來復(fù)合材料行業(yè)蓬勃發(fā)展，自 1995 年來，美國通用電氣(GE) 公司、英國羅-羅公司與法國斯奈克瑪公司的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片相繼問世，復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的應(yīng)用可以進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的減重率，改善葉片疲勞強(qiáng)度、損傷容限等，目前歐盟正在開發(fā)未來發(fā)動(dòng)機(jī)可使用的混合材料-鈦合金/復(fù)合材料智能風(fēng)扇葉片。而國內(nèi)針對復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的制造研究尚處在摸索階段，主要對于制造過程中的鋪疊參數(shù)或是纖維預(yù)制體的參數(shù)、固化參數(shù)等的各項(xiàng)參數(shù)邊界控制的認(rèn)知。
鈦合金風(fēng)扇葉片制造技術(shù)與復(fù)合材料風(fēng)扇葉片制造技術(shù)的發(fā)展將相互促進(jìn)。鈦合金風(fēng)扇葉片在一定條件下會(huì)因?yàn)閺?qiáng)度不足造成葉片疲勞斷裂，復(fù)合材料風(fēng)扇葉片耐沖擊性能、耐摩擦性能薄弱，容易受到意外外來物體的影響和損壞，裂紋擴(kuò)展迅速從而影響整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的服役性能，金 屬材料裂紋擴(kuò)展的延緩性相較于復(fù)合材料仍是一大優(yōu)勢。此外，復(fù)合材料仍存在著腐蝕問題，其環(huán)保回收仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，還應(yīng)當(dāng)針對復(fù)合材料風(fēng)扇葉片開展大量工藝、材料試驗(yàn)。未來鈦合金風(fēng)扇葉片仍是軍用航空領(lǐng)域風(fēng)扇葉片的主流方案。
鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片是典型的空心加強(qiáng)結(jié)構(gòu)零件，要求具備完整的空心減重結(jié)構(gòu)及準(zhǔn)確的外部氣動(dòng)掠形結(jié)構(gòu)，成形工藝復(fù)雜，其制造 綜合運(yùn)用了擴(kuò)散連接/熱成形以及數(shù)控加工、無損檢測等組合工藝技術(shù)，此種組合成形工藝技術(shù)可以充分發(fā)揮鈦合金成形復(fù)雜構(gòu)件控形、控性的優(yōu)勢。高強(qiáng)度高疲勞性能的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定可控的制造等是新一代鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片的迫切需求。但是超塑成形/擴(kuò)散連接（SPF/DB）工藝仍存在葉片內(nèi)部變形不可控、超塑過程變形量過大、設(shè)計(jì)不確定性因素多等缺點(diǎn)，尋找一種新型結(jié)構(gòu)鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片及其成形技術(shù)成為了所有航空企業(yè)主要探索的領(lǐng)域之一。
展開 基于fluent的管道風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲分析
1風(fēng)扇流場分析
1.1案例介紹
風(fēng)扇可以用于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻等很多場景，合理的風(fēng)扇設(shè)計(jì)將極大地提高風(fēng)扇的效率，但由于管道風(fēng)扇內(nèi)部流動(dòng)非常復(fù)雜，通過理論計(jì)算對其流動(dòng)進(jìn)行定性分析十分困難，風(fēng)洞試驗(yàn)雖然可以得到其流動(dòng)參數(shù)和噪聲特性，但也無法對流場內(nèi)部的流動(dòng)細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。
本案例演示如何利用Fluent進(jìn)行風(fēng)扇流動(dòng)特性和噪聲特性計(jì)算。
1.2幾何建模和流場計(jì)算域建立
本案例風(fēng)扇外徑為384mm，輪轂直徑為140mm，輪轂比為0.365，8扇葉均勻分布，外流場建模充分考慮到進(jìn)氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，入口區(qū)長度至少為入口處管道直徑的六倍；而出口區(qū)的長度則應(yīng)保證至少為出口位置管道直徑的十倍；至于旋轉(zhuǎn)流體區(qū)，是指包含了風(fēng)扇本體以及周圍流場的圓柱體區(qū)域，應(yīng)當(dāng)保證其尺寸盡量靠近風(fēng)扇葉片的直徑，最終風(fēng)扇模型和外流場模型分別如下圖所示。
1.3模型網(wǎng)格的劃分
網(wǎng)格生成作為仿真計(jì)算中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其結(jié)果直接控制了后續(xù)計(jì)算過程的效率與精度。為了保證劃分結(jié)果的質(zhì)量，應(yīng)選擇合適的網(wǎng)格尺寸，防止太疏或太密的網(wǎng)格產(chǎn)生，在流量梯度較大的流動(dòng)區(qū)域內(nèi)，應(yīng)當(dāng)盡量提高網(wǎng)格質(zhì)量（高細(xì)密度，較小的歪斜度）；至于梯度小的區(qū)域可以在保證精度的基礎(chǔ)上適當(dāng)較少網(wǎng)格數(shù)目。
本案例旋轉(zhuǎn)流體區(qū)由于包含了風(fēng)扇本體且流動(dòng)情況最為復(fù)雜，為了保證足夠的計(jì)算精度，該區(qū)域網(wǎng)格尺寸最小。管道區(qū)網(wǎng)格尺寸較旋轉(zhuǎn)區(qū)略大，最終劃分結(jié)果如下圖。
1.4邊界條件設(shè)定與旋轉(zhuǎn)模型選取
完成網(wǎng)格生成后需進(jìn)行邊界條件的設(shè)置。
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下面給出一定時(shí)間后帶風(fēng)扇和不帶風(fēng)扇的結(jié)果對比。
從XFlow的仿真對比結(jié)果可以看出，在一定時(shí)間后，帶風(fēng)扇確實(shí)比不帶風(fēng)扇的繞組溫度低了一點(diǎn)，這是因?yàn)?em>風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)加速了空氣對流同時(shí)加速了熱量的均衡化，而且風(fēng)扇本身也有一定的熱容。但仿真模型并未考慮風(fēng)摩損耗和機(jī)械損耗，所以這個(gè)仿真的溫度差實(shí)際上會(huì)更小一些。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇噪聲仿真
還是一個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片？
額，事出反常必有妖，機(jī)智的我選屠龍刀！哦~不，是風(fēng)扇葉片！雖然這玩意兒長得像把神器，不過到底有什么特別的？怎么就值100萬呢？
筆者又不得不搬出萬年老梗了：“航空發(fā)動(dòng)機(jī)是工業(yè)皇冠上的明珠”。從設(shè)計(jì)驗(yàn)證到加工制造，航發(fā)所涉及到的學(xué)科范圍之廣、技術(shù)難度之高，幾乎是任何產(chǎn)品都望塵莫及的。迄今為止，在商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，也僅有GE、普惠和羅羅三家公司具備完全自主設(shè)計(jì)和制造的能力。航發(fā)三巨頭掌握著行業(yè)最尖端的技術(shù)，也掀起了相當(dāng)激烈的技術(shù)競爭。隨著現(xiàn)代運(yùn)輸業(yè)對于飛機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的要求越來越高，為了盡量降低渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)涵排氣損失，就必須把更多功率用到處于冷端的外涵，導(dǎo)致外涵尺寸越做越大，風(fēng)扇尺寸不斷增加。風(fēng)扇尺寸大到什么程度呢？下圖為某工程師與GE90發(fā)動(dòng)機(jī)的合照，是不是大的有點(diǎn)恐怖？
而現(xiàn)代大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的瓶頸之一在于，由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和噪聲問題，風(fēng)扇葉尖的周向速度不能過分增大。這意味著如果保持風(fēng)扇葉尖周向速度不變的條件下，增加風(fēng)扇尺寸則必須降低轉(zhuǎn)速，那么與風(fēng)扇剛性相連的低壓渦輪的轉(zhuǎn)速也會(huì)降低。而根據(jù)渦輪的工作原理，渦輪做功能力和轉(zhuǎn)速成正比。那么我們得到了一個(gè)更耗能的風(fēng)扇和更弱雞的低壓渦輪，更小的馬拉更大的車，我太難了！
為了調(diào)和這個(gè)矛盾，三巨頭紛紛摩拳擦掌，拿出了自己的看家本領(lǐng)。
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羅·羅在遄達(dá)1000上開展復(fù)材風(fēng)扇葉片和機(jī)匣集成測試
低速風(fēng)扇試驗(yàn)以35英寸直徑（0.889米）的金屬風(fēng)扇作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，葉片形狀與復(fù)合材料風(fēng)扇設(shè)計(jì)類似，測試的內(nèi)容包括評估各種風(fēng)扇配置的顫震情況、空氣動(dòng)力學(xué)性能和不同風(fēng)扇結(jié)構(gòu)帶來的可操作性余度。
STAR-CCM+在風(fēng)扇仿真中PQ與MRF域方法對比
胡忠輝,邢英金,程清波,梁正偉.STAR-CCM+在風(fēng)扇仿真中PQ與MRF域方法對比[J].汽車實(shí)用技術(shù),2018,0(23):157-158
摘 要：
對某SUV 中擬搭載的風(fēng)扇，使用STAR-CCM+中PQ 和MRF 域方法對風(fēng)扇單體進(jìn)行仿真。將該風(fēng)扇在單體風(fēng)洞中進(jìn)行測試，獲取風(fēng)扇單體流量和靜壓數(shù)據(jù)，并在整車仿真中對比風(fēng)扇周圍流線。結(jié)果表明：風(fēng)扇單體仿真與試驗(yàn)對比，PQ比MRF 域方法結(jié)果更接近試驗(yàn)值；在整車60kph 工況仿真中，PQ 方法流體通過風(fēng)扇后呈水平流動(dòng)。
1 概述
目前，在風(fēng)扇仿真中多使用MRF 域方法，由于扇葉模型的復(fù)雜性及網(wǎng)格處理精度問題，某些工況仿真準(zhǔn)確性降低；PQ 方法簡化了風(fēng)扇模型，通過模擬壓升來代替扇葉作用，減少由于扇葉精度低對仿真結(jié)果的影響。本文將風(fēng)扇PQ 與MRF 域仿真結(jié)果和單體試驗(yàn)對比，研究兩種方法的仿真精度，為整車開發(fā)初期機(jī)艙熱管理CFD 分析提供更準(zhǔn)確的計(jì)算模型。
2 模型建立與數(shù)值計(jì)算
2.1 幾何模型
散熱器風(fēng)扇由扇葉、框架、電機(jī)等組成，該風(fēng)扇直徑為440mm，7 扇葉，導(dǎo)入STAR-CCM+中進(jìn)行處理，分別建立風(fēng)扇單體風(fēng)洞模型和整車模型。
2.2 仿真方法
2.2.1 PQ 方法
通過在STAR-CCM+中建立Fan-interface 面，零厚度且可為通過此面流體提供壓升的模型，此面保留風(fēng)扇中心電機(jī)部分，如圖1，之后在其屬性設(shè)置中賦入風(fēng)扇單體性能試驗(yàn)測得的風(fēng)扇PQ曲線。
展開 【產(chǎn)品設(shè)計(jì)】電子設(shè)備中該如何選取散熱風(fēng)扇的參數(shù)？這篇絕對是干貨！
而運(yùn)用強(qiáng)迫空氣冷卻電子設(shè)備的首要任務(wù)是選擇合適的風(fēng)扇來提供足夠的冷卻空氣。
用于電子設(shè)備冷卻的風(fēng)扇有各種類型，如槳式風(fēng)扇、管狀軸流風(fēng)扇、葉翼軸式風(fēng)扇以及離心式鼓風(fēng)機(jī)等。槳式風(fēng)扇是最簡單的風(fēng)扇。管狀軸流風(fēng)扇比較常見，尺寸種類較多并且價(jià)格不高，這種風(fēng)扇通常用在要求噪音低、壽命長及成本低的場合。
葉翼軸式風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)速度高，噪音高，這種風(fēng)扇通常用于冷卻熱密度高、又必須工作在惡劣熱環(huán)境和振動(dòng)環(huán)境的電子設(shè)備。
離心式風(fēng)扇能提供高的靜壓，但一般噪音較大。在選擇風(fēng)扇時(shí)首先要根據(jù)尺寸、風(fēng)向、噪音以及各種風(fēng)扇的特點(diǎn)確定風(fēng)扇的種類。
2 風(fēng)扇曲線
風(fēng)扇的所有空氣動(dòng)力學(xué)特性可以用圖1的風(fēng)扇特性曲線描述。
從曲線的右邊向左看，風(fēng)扇從正常工作狀態(tài)到因動(dòng)力不足而滯止。在這一過程中的風(fēng)扇仍傳輸空氣，但靜壓上升的同時(shí)體積流量減小，噪音增大。
從能量的觀點(diǎn)有助于理解風(fēng)扇的特性曲線。在滯止點(diǎn)，風(fēng)扇的勢能最大。在自由輸氣狀態(tài)，風(fēng)扇的動(dòng)能最大，因此流量最大。
風(fēng)扇選擇的原則是在一個(gè)特定的系統(tǒng)中，給定的風(fēng)扇只可能在一定壓力下提供一定流量。這一工作點(diǎn)決定于風(fēng)扇的特性曲線和系統(tǒng)流量、壓力曲線的交點(diǎn)。
圖1分別列出了高、低系統(tǒng)阻力的工作點(diǎn)。選擇的風(fēng)扇最好工作在高的流量、低的壓力以保持馬達(dá)的效率避免失速。每個(gè)強(qiáng)迫空氣冷卻的電子設(shè)備都要設(shè)法減小空氣流動(dòng)的系統(tǒng)阻力。（我們推薦你關(guān)注“機(jī)械工程師”公眾號(hào)，第一時(shí)間掌握干貨知識(shí)、行業(yè)信息）
3 風(fēng)扇選擇步驟
3.1估計(jì)需要的空氣流量
選擇風(fēng)扇之前，要盡可能估準(zhǔn)電子設(shè)備的耗散功率。因?yàn)橥ㄟ^設(shè)備的空氣溫升與耗散功率有直接關(guān)系。
展開 技術(shù)平權(quán)時(shí)代，小企業(yè)也能設(shè)計(jì)出高性能風(fēng)扇
顯卡領(lǐng)域已經(jīng)給出了答案：加風(fēng)扇。
縱然液冷、相變儲(chǔ)能、微通道冷卻這些高端散熱方式在蓬勃發(fā)展，但應(yīng)用最廣成本最低的方式依然是風(fēng)扇。
電腦機(jī)箱、汽車以及游戲手機(jī)散熱，都離不開風(fēng)扇。實(shí)際上即便在應(yīng)用液冷的場合，最終將熱量排放到環(huán)境中的，還是風(fēng)扇。
甚至人體的散熱，風(fēng)扇也是主力。還記得小時(shí)候頭頂呼呼旋轉(zhuǎn)的吊扇嗎？
風(fēng)扇看似簡單，但它是最典型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大有學(xué)問。你看航空發(fā)動(dòng)機(jī)最前端的大風(fēng)扇葉片，是不是極具工業(yè)美感？
我們用風(fēng)扇無論是吹風(fēng)還是抽風(fēng)，總是希望風(fēng)量越大越好。
影響葉片性能的關(guān)鍵參數(shù)有弦長、扭轉(zhuǎn)角等，在常規(guī)設(shè)計(jì)流程中，工程師通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給定參數(shù)，出圖加工，打樣測試。費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本奇高。
高階工程師會(huì)在加工之前做CFD模擬，對結(jié)構(gòu)做初步優(yōu)化。仿真的加入雖大大降低了成本，但設(shè)計(jì)過程依然高度依賴工程師的經(jīng)驗(yàn)。
更何況風(fēng)扇研制企業(yè)以中小企業(yè)為主，往往無力招到頂尖的空氣動(dòng)力學(xué)專家。但人工智能的出現(xiàn)，將人們帶入了新一輪技術(shù)平權(quán)時(shí)代。
天洑的智能優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件AIPOD就是這樣一款技術(shù)平權(quán)工具，最近剛有一家企業(yè)利用其完成了風(fēng)扇性能大幅優(yōu)化。很開心，和大家分享。
優(yōu)化對象是一款風(fēng)扇燈，近些年興起的吊扇升級產(chǎn)品，類似下圖。
客戶希望在相同轉(zhuǎn)速下，通過調(diào)整葉片結(jié)構(gòu)將風(fēng)扇風(fēng)量增加5%。
具體操作很簡單。首先基于CAD軟件做風(fēng)扇的參數(shù)化建模，設(shè)計(jì)變量有天花板距離、葉根弦長、葉頂弦長、葉根角度、葉頂角度等一共7個(gè)變量。
建模完成后，再基于輸出的幾何模型做CFD模擬，輸出目標(biāo)量，即風(fēng)扇流量。
流程并不復(fù)雜，但AIPOD的強(qiáng)大就在于其內(nèi)置的智能優(yōu)化算法。
經(jīng)過連續(xù)2天的自動(dòng)運(yùn)行，優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)成功將風(fēng)扇風(fēng)量增加了20%。
毫不夸張地說，常規(guī)方法花4個(gè)月都不一定取得此成果。
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