基于气动性能和噪声的双转子小型轴流风扇结构优化研究

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1、浙江理工大学硕士学位论文基于气动性能和噪声的双转子小型轴流风扇结构优化研究基于气动性能和噪声的双转子小型轴流风扇结构优化研究摘要小型轴流风扇作为重要的散热器件，其通风量影响产品的性能和寿命，噪声影响人们的工作环境，而风扇噪声是很多设备中主要的噪声源。本文的研究对象对旋式双转子小型轴流风扇，其风量和效率均比单转子小型轴流风扇有很大的提升，但气动噪声也增大较多，因此设计一种散热效果好且噪声小的双转子小型轴流风扇具有很强的现实意义。本文以对旋式双转子小型轴流风扇为原型，设计并建立了叶片穿孔双转子小型轴流风扇模型

2、，通过数值模拟研究了不同级叶片穿孔、叶片穿孔孔径和叶片穿孔数量对风扇气动性能的影响，对其静特性、内部流场以及气动噪声特性进行了分析，研究了内部流场与静特性、气动噪声特性的相互联系；同时对3种叶片穿孔参数进行了正交优化设计，以全压效率和噪声为优化目标，得到一种性能最优的叶片穿孔风扇，并对其进行了数值模拟研究、静特性实验测试和气动噪声实验测试。论文的主要工作及结论如下：(1)设计了前级穿孔、后级穿孔和前后级穿孔3种不同叶片穿孔风扇，对其静特性、叶片表面静压分布与气动噪声特性进行了分析。结果表明：叶片穿孔能够降

3、低风扇的噪声，但静特性下降，不同级叶片穿孔对风扇的静特性和噪声影响不同，前级穿孔整体性能较好。(2)对穿孔孔径为0.5mm、1mm和1.5mm的3种不同叶片穿孔风扇进行数值模拟，对其静特性、内部流场与气动噪声特性进行了分析。结果表明：叶片穿孔孔径一定要合理，孔径太小，风扇的降噪效果不明显，而孔径太大，叶片穿孔风扇的静特性下降太多，穿孔孔径为1mm的叶片穿孔风扇整体性能最优。(3)通过对穿孔数量为4×3、4×4和4×5的3种不同叶片穿孔风扇进行数值模拟分析，结果表明：在一定范围内，穿孔数量越多，降噪效果越明

4、显。综合考虑风扇的静特性与气动噪声，4×4穿孔风扇的穿孔数量相对较好。(4)设计了以叶片穿孔孔径、穿孔数量和穿孔倾斜角为自变量，风扇的全压效率与噪声为因变量的正交优化试验方案，创建多目标优化模型，利用熵权法求解优化目标的权重值，再进行极差分析，得到性能最优的叶片穿孔风扇模型，并对优化风扇与原型风扇的静特性和噪声进行实验测试。结果表明：叶片穿孔参数对风扇性能的影响程度从大到小依次为：穿孔孔径、穿孔数量和穿孔倾斜角；优化风扇的静特性比原型风扇略差，噪声下降了2.2dB左右；静特性的数值模拟结果与实验结果相吻合

5、，且趋势相同，具有一定的可靠性。而噪声实验测试证明叶片穿孔能够改善风扇的气动噪声特性。关键词：双转子轴流风扇；叶片穿孔；穿孔孔径；穿孔数量；气动噪声；正交试验I浙江理工大学硕士学位论文基于气动性能和噪声的双转子小型轴流风扇结构优化研究Studyonstructuraloptimizationofdual-rotorsmallaxialflowfanbasedonaerodynamicperformanceandnoiseAbstractSmallaxialflowfanistheimportantequi

6、pmentusedinheatdissipation.Itsventilationaffectstheperformanceandlongevityofproducts.Thenoiseaffectspeople'sworkenvironment.Whilethenoiseproducesbyfanisthemainnoisesourceinmanydevices.Thecontra-rotatingdual-rotorsmallaxialflowfanischoosedasthereaserchobje

7、ctinthiswork.Itsairvolumeandefficiencyarebetterthanthatofthesinglerotorsmallaxialflowfans.Butitsaerodynamicnoiseperformancealsoincreasestoomuch.Therefore,todesignadual-rotorsmallaxialflowfanwithgoodheatdissipationeffectandlownoisehasastrongpracticalsignif

8、icance.Inthispaper,thecontra-rotatingdual-rotorsmallaxialflowfanisselectedastheprototypefan.Thebladeswithperforationsofdual-rotorsmallaxialflowfansweredesignedandcreated.Theinfluenceofdifferentstagesperforationsofbl