叶顶间隙对小型轴流风扇气动性能的影响

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1、浙江理工大学学报!第!"卷!第#期!$"%!年&月'()*+,-(./0123,+4563781609+3:1*;3<=>(-?!"!@(?#!')-?$"%!文章编号!!"#$7$%&!"'(!$#()7(&'(7("叶顶间隙对小型轴流风扇气动性能的影响张广星$金英子$张!立$李!博"浙江理工大学机械与自动控制学院!杭州!%""%B$!!摘!要!影响小型轴流风扇气动性能的因素很多!叶顶间隙是一个非常关键的因素%利用aJb软件中P@^K&"湍流模型和5QL[OK算法进行定常计算得出静特性!再利用大涡模拟"OK5$和J7_声学模型进行了非定常计算!得出叶顶间隙对风扇噪声的影响!并分析涡脱

2、落现象%结果显示(四种叶顶间隙的静特性变化趋势虽然相似!但叶顶间隙为%?"NN的风扇模型静态特性较好#在8h"面上!叶顶间隙为"?&CNN和%?"NN的风扇模型涡脱落现象比较明显#在叶顶间隙处!沿径向!小叶顶间隙涡脱落比大叶顶间隙早#离散噪声的峰值出现在基频和谐波频率处!并且在高频处声压衰减比较快%关键词!小型轴流风扇#叶顶间隙#静特性#噪声#数值模拟中图分类号!8LF$C?%%!!!文献标志码!M叶片%能减少叶顶间隙泄漏涡的产生和通过叶顶间(!引!言'V(隙的泄漏量&8?J)Y,+(等研究了叶顶间隙对轴小型轴流风扇广泛用于笔记本电脑)服务器等较流风扇噪声的影响%结果显示!叶顶间隙处产生

3、的涡'&(昂贵的电子产品中%而近些年对其研究主要集中在性流和泄露流是噪声产生的主要来源&欧阳华等用'%(能测试方面%对于内部流动和优化方法的研究相对aJb对轴流风机的气动噪声进行数值模拟%并将结缺乏&计算机用小型轴流风扇的工作原理是快速将果与实验对比%发现模拟预测精度较好%能够满足工a[9的热量传导出来并吹到附近的空气中去%其性能程分析的需要&三维非定常湍流流动是叶轮区域流直接影响计算机的性能和寿命&叶顶间隙的泄露流会场的典型特征%而叶顶间隙的存在会使气体从压力造成风扇的整体性能下降%所以叶顶间隙已经成为设面向吸力面泄露%产生涡流%对风扇的性能特别是风'B(计时必须考虑的重要因素之一&因

4、此研究叶顶间隙对扇的效率)压比)气动噪声产生很大的负面影响&小型轴流风扇总体性能的影响具有重要的意义&充分地了解叶顶间隙的流动情况%可以有效地改善小型轴流风扇的噪声主要是机械振动噪声和气风扇的气动性能&动噪声%实践证明%气动噪声远远大于机械噪声%故本文采用aJb软件%在#种不同叶顶间隙'$('!(气动噪声成为研究的重点&%FV#年%[(`1--提"iC)"?&C)%?")%?CNN下%对小型轴流风扇的内部出了涡声理论%他认为在低马赫数条件下%涡是等熵流场进行模拟%并对各风扇的气动性能进行比对和绝热流体产生流场和辐射声场的基本且唯一的来分析%为提高风扇的气动性能提供依据&源%为湍流发声提供

5、了理论依据&9**,=_(H4;(+'#(!!计算模型及计算网格等对小型a[9风扇的噪声进行了研究%发现大流'C(本文所采用的风扇模型的直径B%轮量下的噪声比低流量时的噪声大&毛佳妮等通过9hCCNN改变叶顶的形状来研究叶顶间隙流%设计一种新型毂比B9*BUh"MC#%叶片数8h&%额定转速(h收稿日期!$"%$A%%A%C基金项目!国家自然科学基金"C%""V"F"#$浙江省科技计划项目"$"%%a%V"!B%$"%%a%%"&!#作者简介!张广星"%FB!A#%男%山东青岛人%硕士研究生%主要从事电液控制与流体传动&通信作者!金英子%电子邮箱!23+?=G!%V!?6(N第#期张广星

6、等!叶顶间隙对小型轴流风扇气动性能的影响C$%#!""**N3+%安装角#h#"?V!f%基频3"hC"$_G&学模型来模拟%结合JJ8技术对噪声数据进行处理&数值模拟时对实机进行了适当的结构简化%不考虑非定常计算时所选时间步长要足够小%以便能电机及其支架的影响&在较宽的频率范围内分析噪声的频率特性%故以旋计算域的划分如图%所示%转子的中心为坐标转%f所需要的时间作为一个时间步长'U%即原点&对风扇的进出口进行了延伸%以保证计算流V"V"AC'Uhh'!?BBg%";"%#场的稳定性&计算域划分为#个区%分别为进口区)!V"+!V"g#!""管道区)旋转区和出口区&进出口延长段采用六面$

7、!结果分析体6((Z1*网格%旋转流体区和其周围的管道区采用非结构化网格%图$为计算网格示意&!?%!静特性对#种不同叶顶间隙的模型进行定常数值模拟%其压力-流量特性曲线和流量-效率曲线分别如图!)图#所示&图!给出了不同叶顶间隙下数值模拟压力-流量特性比较情况&从图!可以看出%#个不同叶顶间图%!计算域示意隙的变化趋势是一致的%即随着流量的增大静压减小&这可能是因为流量增加后%气流速度也随之增加%沿径向流动的气体增加%这样经过叶轮