轴流风扇电机性能模拟及散热优化设计单位
TCFD和CAESES耦合优化案例-轴流风扇
TCFD和CAESES耦合优化案例-轴流风扇TCFD是CFD Support团队为我们带来的新一代叶轮机械专用CFD模拟工具。
TCFD不受用户人数和核数的限制，具有完全自动化的流程，极大地提升了CFD模拟的效率；同时，它保持求解器的开源，可以由用户自行决定CFD研究的深度，能够更充分的利用硬件功能使之用于CFD模拟过程。
CAESES是一款能够为仿真工程师提供全参数化的CAD模型，并将其与自动化工具和优化工具相结合的软件工具。
CAESES的侧重点就是为仿真提供稳定的几何模型，以及这些几何模型的稳健变化，以便进行更快速，更全面的设计研究和形状优化。
智能和高效的工作流程现代化的CAE工作流程是由一系列特定且复杂的任务流程构成的，为了能够得到显著且有效的结果，流程的各个部分都不能出现任何差错。
因此，未来的CAE流程将转变为由专业人士制作的针对性的最佳软件包连接构成的自动化工作流程。
在此我们推出了一个由TCFD和CAESES两个软件包构成的智能高效的叶轮机械设计优化工作流程。
风扇制造商最典型的一个目标就是开发一款新的高效风扇，或者提升一款现有成熟风扇的性能参数。
我们选择了一款现有的风扇模型，来作为演示设计流程的案例，该风扇主要性能参数如下所示：该优化案例有两个优化目标：第一个是在流量576 m3/h到1296 m3/h范围内使得风扇效率整体最大化；第二个是增大最大风量。
优化流程首先需要创建风扇几何模型。
CAESES提供了一个CAD环境，其中包括方便灵活的创建几何变体，定义高效的参数化模型并输出用于模拟的模型。
之后，在TCFD中创建基于CAESES输出模型的CFD模拟设置模板，并返回到CAESES的软件连接器。
最后，设置CAESES里的优化策略，之后会自动生成不同的几何变体并使用TCFD进行模拟。
轴流风扇参数化建模——CAESES按CFD的计算需求创建轴流风扇的流动域。
整个几何模型被划分成转子域和静子域。
为了节省计算资源提升模拟速度，流动域为只包含一个叶片的单通道模型。
基于CFD模拟的轴流风机扇叶设计优化研究
基于CFD模拟的轴流风机扇叶设计优化研究摘要：本研究采用计算流体动力学（CFD）模拟方法，旨在优化轴流风机扇叶的设计以提高性能和效率。
通过数值模拟，我们系统地研究了不同扇叶参数对风机性能的影响，并提出了一种优化设计方案，以实现更高的能效和性能。
研究结果表明，通过CFD模拟可以有效地改善轴流风机的性能，并为风机工程领域的进一步发展提供有力支持。
关键词： CFD模拟；轴流风机；扇叶设计；优化；性能一、引言轴流风机作为工业和商业领域中广泛应用的关键设备，对能源效率和性能提出了不断增长的需求。
其中，扇叶作为轴流风机的核心部件，其设计和优化对整个风机系统的性能至关重要。
随着计算流体动力学（CFD）模拟方法的不断发展，研究人员可以更深入地理解风机流场，并进行更精确的性能预测和优化设计。
二、文献综述2.1 轴流风机的发展历程轴流风机作为工业领域的核心设备，其发展历程从19世纪末至今经历了令人瞩目的进步。
早期，轴流风机的设计主要依赖于经验和试验，限制了其性能和效率。
然而，随着科学和工程技术的进步，数学模型、实验室测试和计算流体力学等新方法的应用使轴流风机的设计变得更精确和可预测。
这些技术创新促使了风机的能效提升、噪音降低和寿命延长，从而为各行业带来了更高水平的气流控制和空气处理能力。
2.2 扇叶设计的重要性扇叶作为轴流风机的核心组成部分，其设计对风机性能至关重要。
扇叶的几何形状、叶片数目、叶片角度等参数直接影响风机的效率、噪音产生、能耗和寿命。
一个优化的扇叶设计可以显著提高风机的能效，降低运行成本，减少环境影响。
所以，深入研究和优化扇叶设计是提高轴流风机性能的关键步骤。
近年来，计算流体动力学（CFD）模拟技术的不断发展已经引领了轴流风机研究的新时代。
这一技术的崭新应用为风机工程领域带来了深刻的影响。
通过CFD，研究人员能够以前所未有的准确性模拟轴流风机内部复杂流动现象，如湍流、涡流和分离现象。
这种全面的流场信息为风机性能的深入理解提供了强大工具，并且为设计和优化提供了坚实基础。
空调室外机轴流风扇全流场数值模拟
÷ 、
Ｌ
图 １ 几何模 型
图 ３ 残差监测 曲线
５ Ｃ Ｄ结果 分析 Ｆ
５ １ 轴 向截 面速 度场及 压 力场 分析 ．
■■ 燃麓 空调外 机轴 向 截 面 的速 度 矢量 如 图 ４所 示 ， 疆疆 ■■●
可 以看 出 ， 气流经 过后 面和 侧面 的蒸发 器后 ， 经过 电机及 电机支架 沿 轴 向流入 外 部 空 间 ， 速 区集 高 中在 风扇 叶 片周 围 ， 毂 附近 区域 风 速较 低 。 流 轮 出外 机 的气 流沿 锥 形 向外扩 展 高 速 流 出 ， 在 中 会
收 稿 日期 ： ２ １ —１ ２ 修稿 日期 ： ２ １ ０ ０ １ ０— ８ ０２— ３—１ ３
目前数值计算采用的网格可分为结构化与非 结 构化 两大类 ［ ， 于空 调 外机 流 场 复 杂 的几 何 ３鉴 ］
形状 ， 对其整机流道全部生成结构化 网格 比较 困 难， 因此 ， 整机三维模型采用非结构化 网格划分 ，
图 ２ 网格 划 分 结 果
心 区域形 成较 大 的 回流漩 涡 。另 外 ， 由于 电 机 的
存 在 ， 使 进 风 直 接 绕 流 电机 ， 然 利 于 电 机 散 致 虽
３ 边界条 件
热 ， 是致 使进 入气 流绕流 较大 ， 但 会对 气动 噪声 产
生 不利影 响 。
进 出 口采 用压 力进 、 口边界条 件 ， 出 给定大 气
ＺＨＯＮＧ ｅ — ａ Ｗ ｉｙ ｎ，ＧＡＯ ｅ ｇ Ｆ ｎ
（ ｈｎ ｏｇＵ ｉ ｒｉ ｆ ｃ ｎｅａ ｄＴ ｃｎｌ ｙ Ｑｎｄｏ２ ６ １ ，ｈｎ ） Ｓ ａｄ ｎ ｎ ｅｓｙｏ ｉ ｃ ｎ ｅｈｏｏ ， ｉ ａ ６ ５ ０ Ｃ ｉ ｖ ｔ Ｓｅ ｇ ｇ ａ
车用轴流式冷却风扇设计分析
车用轴流式冷却风扇设计分析摘要：冷却风扇对于汽车来说十分的重要，伴随着人们对汽车要求越来越高以及现在的技术也慢慢的进步，一款合适的冷却风扇就显得尤为重要。
一款性能合适的冷却风扇不仅能使汽车在任何工况下都能正常工作还可以提高汽车的燃油经济性同时达到节能减排的效果。
所以一个好的冷却风扇对于一辆一车来说很重要。
文章根据冷却风扇的设计步骤对冷却风扇进行分析设计然后在绘制出CAD 图像。
风扇选型与风扇类型的匹配在基本要求分析中进行了研究，风机是基本参数的确定，讨论了风扇和冷却系统的运行方式，以及风机性能的匹配是好还是坏判断和选择一个散热器风扇进行匹配。
在风扇CAD建模设计和分析主风机的配套结构设计中，主要分析冷却风扇叶片设计和绘制CAD三维图形。
通过对上述研究设计的分析，得出了轴流冷却风扇结构设计的设计。
关键词：发动机轴流式冷却风扇，匹配，造型设计Design analysis of car shaft flow cooling fanAbstract：Cooling fan is very important for car, along with people is higher and higher requirement for the car, and now the progress of the technology is also slowly, an appropriate cooling fan is particularly important. A suitable cooling fan performance not only can make the car can work normally in all conditions can also improve the automobile fuel economy at the same time to achieve the effect of energy conservation and emissions reduction. So a good cooling fan is important for a car.The paper analyzes the cooling fan and then draws the CAD image according to the design step of the cooling fan. Selection of the fan and fan type match in the analysis of the basic requirements are studied, the fan is the determination of basic parameters, operation mode of the fan and the cooling system was discussed, and the fan performance matching is good or bad judgment and choice of a radiator fan match. In the design of fan CAD modeling and analysis of the supporting structure of the main fan, the design of cooling fan blades and the drawing of CAD are mainly analyzed. Through the analysis of the above research design, the design of axial cooling fan structure design is obtained.Keywords：Engine axial flow cooling fan，matching，modelling design目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)目录 (III)1绪论 (1)1.1 前言 (1)1.2 发动机冷却风扇的国内外研究现状 (1)1.2.1 发动机冷却风扇的发展现状 (1)1.2.2 发动机冷却风扇设计的研究现状 (3)1.3 论文的意义 (4)2 风扇选型与匹配 (6)2.1 发动机冷却系统的功用及结构 (6)2.1.1 冷却系统的功用 (6)2.1.2 冷却系统的组成 (6)2.2 发动机冷却风扇的功用与性能参数 (7)2.2.1 冷却风扇的作用 (7)2.2.2 冷却风扇的类型 (7)2.2.3 冷却风扇的基本性能参数 (9)2.3冷却风扇的选型与匹配 (10)2.3.1冷却风扇的选型 (10)2.3.2冷却风扇的要求 (11)2.3.3发动机冷却风扇的基本参数的确定 (11)2.3.4 风扇与冷却系统的匹配 (14)2.4本章小结 (17)3 风扇造型 CAD (18)3.1 CAD软件的介绍 (18)3.2风扇基本造型数据 (18)3.4运用CAD软件对风扇进行绘制 (20)3.5 本章小结 (21)4 总结与展望 (22)4.1总结 (22)4.2展望 (22)参考文献 (23)致谢 (24)1 绪论1.1 前言因为汽车的外形不断的改变，要求扩大车厢并减小发动机舱，所以发动机冷却风扇的大小，规划遭到很大的制约。
基于流固耦合仿真的小型轴流风扇优化设计
基于流固耦合仿真的小型轴流风扇优化设计许名珞【摘要】为了解决某初步设计的轴流吹风机出风口流量较小的问题，本文对轴流风扇了进行优化设计，最终将风扇叶片翼型由NACA4409翼型改为AH79-100C 翼型，叶片安装角由30°增大为32.5°，设计叶片后弯角为8°。
基于计算流体力学理论，建立了轴流吹风机流场和轴流风扇风道流场的数值计算模型，运用Fluent 软件进行流场数值仿真。
基于 ANSYS 软件的Workbench平台，利用流固耦合仿真分析方法对优化后的轴流风扇进行结构分析，校核了新风扇的强度。
数值仿真结果表明：仿真结果与企业实验测试结果相符，优化后的轴流吹风机出口流量较优化前增加了10.59%，新风扇轴功率满足企业要求，强度也满足设计要求，总体达到了优化目标。
%In order to address the small outlet flowrate issue of a preliminary designed axial flow fan, this paper optimizes the axial-flow fan, changed the airfoil of fan blades from NACA4409 to AH79-100C, increased the blades setting angle from 30 to 32.5 degrees, and designed the blade back-bending angle of 8 degrees. Based on the theory of computational fluid dynamics, a numerical model to compute the air-flow field and the axial-flow fan duct is set up and Fluent software is used to numerically simulate on flow field. Based on the ANSYS Workbench Platform, structural analysis for the optimized axial-flow fan using fluid-structure interaction simulation method is made, and the strength of the new fan is checked. The simulation results show that simulation results coincide with enterprise test results, the outlet flowrate of the optimized axial flow fan increased 10.59%, the shaft power of new axial-flow fan meets enterpriserequirements, the strength also meets the design requirements, and the optimization goals are achieved.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】6页(P28-32,37)【关键词】轴流风扇;翼型;后弯角;计算流体力学;流固耦合;优化;强度校核【作者】许名珞【作者单位】东南大学机械工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH432.1;TK05轴流风扇作为一种通用叶轮机械，被广泛应用在生产生活的各个行业。
660 MW汽轮发电机轴流风扇通风特性数值模拟与分析
关 键词 ： 汽轮 发 电机
模 拟
轴流 风 扇
通流特 性
数值
中图分 类号 ： Ｔ Ｍ３ １ １ 文献标识码 ： Ａ ＤＯＩ 编码 ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． １ ｓ ｓ ｎ ｌ ０ ０ ６ － ２ ８ ０ ７ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ０ ２
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｏ ｆ ＮＵＭ ＥＣＡ ｗａ ｓ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｔ ｏ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｎ ’ Ｓ ｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ６ ６ ０ Ｍ Ｗ Ｔ ｕｒ ｂ ｏ － ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ － ｔ ｏ ｒ Ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａｎ ｆ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｅ ｒ ｅ ｇ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ，ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ． ｆ Ｕｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｔ ｙ ｐ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ， ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｒ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ．
新型舰船轴流风机优化设计(论文)
3 主要部件技术要求
3.1 风筒
风机风筒采用优质钢板焊接而成，保证足够的强度。设计过程中采
用先进的 ANSYS10.0 有限元分析软件，对风筒进行三维造型，并模拟
分析其强度，保证其满足使用条件的要求。
3.2 电动机
电机作为风机的重要组成部件，其防护等级、绝缘等级、防湿热等
都要有一定的保证，选取具有舰船产品制造合格认证的电动机产品。
ns=5.54×n×
姨Q
姨4 P3
=5.54×1450×
姨7.64
姨4 6903
=166
由计算结果 Ψt=0.36，选取d軈=0.55 适宜，则此时轮毂直径 d 为：
d=d軈·D （0.55×0.74） m =0.407m 取 d=0.41m，即轮毂直径为 d=410mm。
2.6 计算无因次轴向速度軓Ca和轴向速度 Ca
由 设 计 参 数 Q=27500m3/h； P =690 Pa 和 风 机 全 压 效 率
ηt=70%；则 N 为：
N
=K·1Q·P 0 Nhomakorabea0·ηt
=1.1×
7.64×690 1000×0.7
=8.28kw
根据电动机功率与风机轴功率的关系 P≥N=8.28kw，选取电动机
的功率为 11kw，转速为 1450r/min。
基于流固耦合仿真的小型轴流风扇优化设计
基于流固耦合仿真的小型轴流风扇优化设计小型轴流风扇是一种常见的气动装置，主要用于流体输送和气体流动控制等领域。
随着科技的不断发展，轴流风扇的要求也越来越高，其中包括高效率、低噪音等方面。
而流固耦合仿真技术的出现，则为小型轴流风扇的优化设计提供了一种新的思路。
首先，在进行小型轴流风扇的流固耦合仿真前，需要考虑的一些因素，其中包括风扇所处的环境、材料的选择和风扇的几何模型等方面。
在确定好这些参数后，可以使用流体力学仿真软件和有限元分析软件进行流固耦合的仿真分析。
接着，在仿真分析的过程中，需要分别对风扇的流体部分和固体部分进行设计和优化。
对于流体部分，需要对风扇的叶片进行设计和调整，使其能够提供更高的风量和更低的风阻。
同时，也需要针对流体在风扇内的流动情况进行优化，例如调整进气口、出气口和通道形状等。
对于固体部分，需要根据实际情况考虑材料的选择和结构的优化。
例如，可以选择钛合金等轻质高强度材料来制造风扇，以提高其性能和寿命。
同时，也需要对风扇的结构进行优化，以提高其稳定性和抗风阻能力。
在优化设计的过程中，需要不断地对仿真结果进行评估和调整。
通过对流体和固体的各项参数进行综合考虑，可以逐步优化小型轴流风扇的设计。
最终，通过多次优化，可以获得一个更加高效、稳定、耐用的小型轴流风扇。
总之，小型轴流风扇优化设计是一个复杂的过程，需要结合流体力学、材料学和机械工程等多个学科的知识，同时也需要运用流固耦合仿真技术来进行分析和优化。
只有通过不断的实践和探索，才能让小型轴流风扇的性能和效率达到更高的水平。
数据分析是从多个角度对收集和整理的数据进行分析和归纳的过程。
数据分析是许多领域的常见方法，可以用来了解和解释数据，与其他数据进行比较，识别模式和趋势，以及支持决策和规划等。
在进行数据分析时，首先需要收集和整理实际的数据。
数据可以来自各种不同的来源，例如调查问卷、市场调研、实验测试、网络分析等。
这些数据需要进行分类、编码和记录，以便于分析过程的理解和识别。
轴流风扇性能仿真与分析
5.1 改进前、后的扇叶网格
改进前扇叶网格
改进后扇叶网格
26
5.2 改进前、后扇叶最大主应力图
改进前扇叶最大主应力
改进后扇叶最大主应力
27
5.3 改进前、后扇扇叶总变形图
28
6 总结
轴流风扇扇叶的设计和安装，应充分考虑其
空气动力性能； 扇叶变形会影响其空气动力性能，因而扇叶 应具备足够的刚度； 综合成本、周期及有效性，在轴流风扇的开 发阶段，采用数值分析的方法是必要的。
轴流风扇
3
三种风扇性能预测方法对比情况
评价指标 经验公式 CFD 模型试验
风扇几何复杂程度
对经验参数的依赖 预测成本 预测周期 预测信息量 预测可靠性
简单
完全依赖 最低 最短 很少 最差
不限
不依赖 较低 较短 最详细 较好
不限
不依赖 最高 最长 较多 最好
经验公式不能反映微小设计差异对性能的影响，且只能获 得总体参数；模型试验存在耗费大、周期长等缺点；CFD 技术能够较好的弥补上述两种方法的不足。
进
出
8
2.4 一般轴流风扇进、出口静压场
进
出
9
2.5 支承架对流场的影响
影响不大，计算时可忽略其影响。
10
3 轴流风扇空气动力性能数值计算
研究对象：汽车用冷凝器风扇 相关参数： 静压P=－50Pa（进口处压力比周围空气低50Pa） 扇叶直径：250mm 扇叶转速：2600rpm 环境温度：20℃ 送风量：900m3/h 电机电压：12V 电机电流：7A
11
3.1 风扇总成几何模型
12
3.2 确定计算区域并划分网格
试析微型轴流风扇优化设计系统的设计实现
试析微型轴流风扇优化设计系统的设计实现摘要：微型轴流电扇的优化设计系统一直是一个十分重要的研究课题，为了有效的提高微型轴流风扇的性能，尽可能缩短其设计周期，并降低微型轴流风扇的设计成本，成为了当前技术人员研究的主要目标。
本文中，笔者将通过对传统微型轴流风扇优化设计系统进行浅要分析，验证系统的实际效果。
关键词：轴流风扇；优化设计；实验验证对于微型轴流风扇的设计而言，需要经过大量的分析计算和试验以得出准确的数据，一款成功的微型轴流风扇往往都要经过十分漫长的设计周期，花费巨大的人力物力财力，而且得到的计算数据往往并非该型号微型轴流风扇的最佳数据。
在本文中，笔者将尝试探讨利用流体动力学技术替代传统设计模式中的试验和计算部分，以完成新型微型轴流风扇优化设计系统的实现。
1优化设计系统的组成就目前而言，主流的轴流风扇设计方法主要为以下两种：孤立叶型设计法；叶栅法。
笔者今天在这里探讨的是一种基于孤立叶型设计法的优化设计方法，并结合了流体动力学技术和遗传算法等诸多理论，共同组建的一种优化设计方式。
首先，让我们共同研究一下该系统的基础系统组成。
1.1系统语言开发本文涉及到的微型轴流风扇优化设计系统主要采用C++和Open GRIP这两种语言进行开发设计。
这其中，C++语言的主要作用，是依靠其优秀的计算能力，完成对于网格的划分，风扇参数的计算，数据库的建立，以及优化程序本身的确立。
而Open GRIP则主要用于完成风扇的三维建模。
实际上，随着现代化技术的发展，很多需要的功能都可以依靠其它软件的功能集成来完成，譬如ANSYS的有限元模块化分析和FLUENT流体仿真模块。
如果能够有机的将这些现有软件模块功能加入到优化系统之中，将能够大幅度的提升系统的开发进度，并尽可能的提升优化系统的性能。
1.2优化设计系统的组成如果要了解整个优化设计系统的组成，我们首先要了解微型轴流风扇的主要组成部分。
微型轴流风扇的设计需要对包括风扇外径，轮毂比，安装角，叶片弦长，叶顶间隙等参数进行综合计算，而优化设计系统要做的工作，就是完成对于以上数据的优化计算，寻找出符合设计要求的最优参数。
轴流风扇气动外形设计与性能数值计算
轴流风扇气动外形设计与性能数值计算2沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省沈阳市摘要轴流风扇是冷却塔的重要组成部分，通常具有较高的风量和风压。
本文是以旋转直径不超过6m，全压不低于100Pa以及体积流量不低于75万m3/h作为设计指标，设计出轴流风扇的气动外形，包括弦长分布和扭角分布。
通过数值模拟开展了气动性能计算，验证了外形设计的可靠性。
关键词：轴流风扇；外形设计；气动特性；数值模拟1.引言冷却塔是一种用水作为循环冷却剂，为了降低水温，就需要在总的系统里面吸收热量，然后被排放到大气中的装置。
冷却塔充分利用了蒸发散热这一物理现象，在蒸发过程中，工业生产中产生的过剩热量被分散到外部系统中。
冷却塔用途比较广泛，涉及注塑、发电、铝型材加工和汽轮机等各个领域。
轴流风扇的工作原理即工作过程中形成的气流平行于风机的轴向流动，轴流风扇的应用领域很广，生活中最常见的依照轴流方式进行工作的有空调外机的风扇和电风扇。
在工程中，轴流风扇的应用范围越来越广，轴流风扇使用在对压力的要求不高、但是对进口流量的要求很高的场合。
轴流风扇一般设置有整流器，目前采用倾斜整流器叶片方法降低噪声比较普遍，在风机叶片表面实施非光滑的凸凹形态，也可以使得风机噪声降低。
实际生活中也经常在离心式风机的叶片边缘和风机涡壳内侧壁面上设置非光滑形态[1]，因为该形态的风机比常规风机产生的噪声少[2]。
通过对轴流风扇叶片进行气动优化设计，可以提高其气动性能及低噪声水平[3]。
目前对轴流风机气动性能的研究分析主要有三种方法，理论分析法、实验分析法和数值模拟法[4]。
轴流风机实验设计方法复杂且成本高，设计效率低，设计周期也较长，另外设计者的经验是否丰富也会影响到设计结果[5]。
轴流风机的设计过程需要反复验证，并针对原设计的不足之处进行改进，为了使叶轮与电机能相互匹配，要基于风机气动设计流程设计了风机的叶轮[6]。
本文设计了一种冷却塔散热轴流风扇，并用数值模拟方法对其气动性能进行了计算。
CAESES各行业应用案例介绍
1 轴流风扇噪声性能优化
在CAESES中可以通过函数曲线来控制叶型的形状及积叠位置参数沿径向 的分布规律，最终通过调整参数控制曲线来调整叶片形状。
1 轴流风扇噪声性能优化
优化目标
提高风量 降低噪音
CFD仿真：给定流量、转速，计算风扇前后静压升及静压效率，通过 优化其静压效率来改善风扇的噪音性能。
1 轴流风扇噪声性能优化
建立自动化仿真流程
几何输出
输入文件
输出文件
输出结果
1 轴流风扇噪声性能优化
DoE：参数变化影响规律研究 Variants: 500 评估目标: •静压升 •静压效率
•参数组合灵活 •自动后处理分析
1 轴流风扇噪声性能优化
自动化优化：NSGA II Population :20 Generations :100
3 飞行器外气动性能优化
4 飞行器外气动性能优化
初始模型
升阻比提升约11.5%。
最优模型
4 船舶水动力性能优化
4 船舶水动力性能优化
船舶行业是CAESES最为重要的应用领域之一，主要应用在船型优化、螺 旋桨及节能设备优化、离岸设备优化等多个方面。
4 船舶水动力性能优化
Aft body Skeg
CAESES在汽车零部件性能优化方面也有着较多的应用，如果进气歧管、 燃烧室、涡轮增压器等等。
涡轮增压器 涡轮双涡管蜗壳 液力变矩器 燃烧室 进气岐管 排气管 尾翼 …………
2 汽车发动机进气岐管及燃烧室优化
发动机进气歧管及燃烧室等结构对燃烧性能有重大的影响，进而影响到尾气的 排放。
CAESES各行业应用案例介绍
1 叶轮机械行业优化案例
温帆轴流风扇
轴流风扇丰富的工程经验公司历史里程碑Ø1928公司在德国汉堡成立, 后改名为“Karberg& Hennemann”（生产离线式滤油器）Ø1960 开始生产模块组合式轴流风扇Ø1977授予创新型专利“可调整的扭偏角” （K&H，今天所熟知的Z型叶片根部设计专利）Ø2001风扇部门独立成为新公司“温帆”；开发了风扇选型软件“WingFan SELECT”Ø2004美国分公司的成立(Rock Hill, S.C.)Ø2007中国分公司的成立（苏州工业园区）Ø2008英国分销商的成立(Leicester)Ø2010印度分公司的成立(Bhiwandi，距离孟买机场60米)专业名词轴流叶轮=风扇风扇部件=扇叶, 风扇毂, 轴套等.定制风扇=部件组装风扇一体式风扇=注塑成型风扇为了更好的理解:产品焦点工程冷却风扇专注于散热应用现在:Ø定制风扇的最大供应商之一Ø90%应用于工程机械和农业机械Ø50多年的“德国制造”工程经验产品线定制风扇模块组合式系统组成:–风扇毂–扇叶–轴套(可选配)–锥套(可选配)一体式风扇注塑成型式塑料风扇专门针对于需求量大的特定客户而设计定制风扇的优势：模块组合式系统可以为您的特殊应用需求提供客制化设计一体式风扇的优势：高需求低成本:ü满足特定应用的设计ü灵活的装配(BCD, shaft, metal/plastic inserts)材质风扇毂和叶片的不同材质为了满足您特定应用的需求风扇毂和轴套采用压铸铝工艺制成，我们也可以提供锻铸铝轴套。
对于一些易腐蚀或易爆炸的工作环境下（为符合欧洲的ATEX 100 和VDMA 24169标准），我们可以提供涂有保护漆的风扇毂，同时用不锈钢的紧固件。
风扇毂范围H型盘轻负荷 3 –14 叶片Z型盘中负荷 3 –16 叶片Y型盘重负荷 5 –8 叶片T型盘极重负荷 5 –10 叶片叶片外形S 系列=镰刀形K + U series = Circular Arc profileP 系列=机翼形R series = Reversible profile大风量、高静压、低噪音典型的机翼形适用于多种场合多用于发动机驱动场合，更大风量，更高效率主要用于木材干燥场合，可反转风扇叶形排布S 系列镰刀形直径长达1108 mm P 系列机翼形直径长达1980 mm K + U 系列圆弧形直径长达1417mm V 系列一体式风扇直径长达720mmS 系列镰刀形尼龙6 左转& 右转直径长达1108 mm(吹风)一体式风扇直径长达458 mmP 系列机翼形尼龙6 & 压铸铝左转& 右转直径长达1980 mm一体式风扇直径长达720 mm(吸风)(吸风)(吹风)K + U 系列圆弧形K3H K7Z U8Z尼龙6 左转& 右转直径长达1425 mmR系列可反转型R4Z压铸铝可反转直径长达1000 mm风扇选型软件SELECTWingfan SELECT工程师的选型帮手根据要求工况点自动选出最合适的风扇，同时可以对多款风扇性能进行比较亮点:ü保持最新版本–联网自动检测更新ü直观显示所有性能曲线，机械参数及噪音指数的二维图片，包括风扇厚度ü新项目管理功能：所有选型曲线，性能比较曲线都可以存储，功能性输出，邮件发送生产能力数控加工铝棒加工拉键槽钻孔装配切割静平衡质量管控-认证Ø温帆所有的公司都受DIN ISO 9001:2008认证Ø美国和中国的分公司受DIN ISO 14000环境认证试生产来料质量管控ØDIN ISO / 质量手册:三位测量仪器首片样品检验报告质量管控–生产工艺Ø测量工具+ 质量手册中制定的内部质量管控流程电动起子检验风扇直径质量管控–终检ØDIN ISO /质量手册出货检验生产流程管控跟踪表公司战略温帆轴流风扇源于多年工程经验的设计1.卓越的全球化制造2.始终贴近我们的客户3.提供最好的产品服务4.保持产品的领导地位卓越的全球化制造同一个世界，同样的品质：ü高度的训练造就优秀的员工ü生产工艺全球统一化ü核心机器设备全球统一化ü集中式管理/产品及设计的审批ü严格的供应商质量管控始终贴近我们的客户世界的每个地方都能采购到温帆轴流风扇：ü核心市场/区域的本土化ü本土化管理ü本土货币交易全球化的温帆总部子公司(全套生产–温帆全资)分销商(采购零部件–本土化生产)办事处(不生产–仅提供技术支持)South AfricaMumbaiShanghaiSingaporeIsraelTurkeySao PauloChileParaguayColombiaRock Hill, SCGermany (HQ)EnglandFrance ItalyTokyo全球客户提供最好的产品服务世界的每个地方都能采购到温帆轴流风扇:ü2D & 3D 图纸ü24小时提供风扇模型设计（Select软件）ü工程师技术支持ü全球统一的数据库保证产品的统一性ü充足的零部件库存ü采用先进的订单生产系统，交货期短保持产品的领导地位温帆——行业内的标杆:ü设计新颖ü移动式散热应用专家(非公路车辆设备/建筑工程机械)ü先进的产品研发工具ü定制一体式风扇设计ü定制的风洞测试ü品质/耐用性优先ü解决方案提供者/ 风扇+ 离合器的系统供应商(与BorgWarner合作)设计新颖产品里程碑:ü专利号2113189: 空心叶片ü专利号2439767: 可调节扭偏角+ P4Z新叶型ü交换式轴套ü圆弧形叶片(K6Z/K7Z)ü镰刀型扇叶设计可调节扭偏角移动式散热应用专家让您了解不一样的地方……..通风应用风扇vs. 移动式散热风扇通风应用风扇:理想的轴流,充足的空间移动式散热风扇: 受限的气流，有限的空间…….您便知道了答案之所在先进的产品研发工具卓越的研发品质源于:ü流体动力学模拟验证设计的合理性ü有限元分析验证产品的耐用性ü最先进的风洞测试验证（AMCA认证）ü试生产验证:ü启动/停止测试ü极限测试ü震动测试ü机械应变测试有限元分析设计最优化评估H型叶片根部比较的案例分析风洞世界上最先进的风洞üAMCA(美国通风与空调协会)认证ü一系列的高精度扭矩传感器及多种吹风口ü电机内置外置-吹吸风测试均可ü测试所得数据库用于选型软件“Select”风洞世界上最先进的风洞多种出风口和进风口开-停测试设备产品使用寿命模拟测试:模拟正常工作极限测试让您了解到风扇的工作极限……..S5Y3500 rpm叶顶线速度: 201 m/s P8Y3800 rpm叶顶线速度: 276 m/s震动测试耐用性改进的设计ü通过三轴加速度计来获取数据–数据采集ü通过µ-Remus进行数据评估应力分析现场测试数据：ü通过有限元分析将应力计用于测量高应力值的关键区域ü现场测量以评估特定应用的耐用性定制一体式风扇设计满足客户要求的设计:客户规格:ü低噪音ü高效率ü高转速(> 4000 rpm)ü高工作温度(90°C)结果: VS2Rü直径457 mmü适配多种法兰盘ü成本降低定制的风洞测试最优化设计：测量散热器风量测量受限的风量提供解决方案风扇/ 硅油离合器的方案-与BorgWarner的合作为硅油离合器专门设计的风扇毂谢谢!。
基于轴流风扇风速非均匀分布的流路优化
2020《家电科技》学术年会论文集基于轴流风扇风速非均匀分布的流路优化潘京大1, 2李学良1, 2刘睿1, 21. 海信家电集团股份有限公司山东青岛 266100；2. 海信（山东）空调有限公司山东青岛 266071摘要：通过有限元分析的方法，对轴流风扇吸风式送风和吹风式送风所对应的两种空调换热器风速分布进行了建模求解和分析，基于换热器的风场分布特性对其流路进行设计。
创新性的提出了一种基于换热器出风侧流场分布特性来设计换热器流路的方案。
对两种送风形式形成的换热器流场分布规律求解发现，两种送风形式的速度场分布规律相反，吸风式送风均匀性较好，可以直接将流路均匀设计；吹风式速度场均匀性分布较差，故选取了吹风式的送风形式进行换热器的流路设计，实现其换热效果与风速均匀分布相当。
关键词：轴流风扇；吸风式；吹风式；速度分布Optimization of flow path for axial fan based on non-uniformdistribution of wind speedPAN Jingda1, 2 LI Xueliang1, 2 LIU Rui1, 21. Hisense Home Appliance Group Co., Ltd. Qingdao 266100;2. Hisense（Shandong）Air-conditioning Co., Ltd. Qingdao 266071Abstract: Through the finite element analysis method, the wind speed distribution of two kinds of air conditioning heat exchanger corresponding to the axial fan suction air supply and the blowing air supply is modeled, solved and analyzed, and the flow path is designed based on the wind field distribution characteristics of the heat exchanger. This paper innovatively proposes a scheme to design the flow path of heat exchanger based on the distribution characteristics of flow field at the outlet side of the heat exchanger. The solution of the flow field distribution law of the heat exchanger formed by the two air supply forms shows that the velocity field distribution law of the two air supply forms is opposite, and the suction air supply has better uniformity, which can directly design the flow path evenly. The blowing type velocity field distribution is poor, so the blowing type is selected the flow path of the heat exchanger is designed in the form of air supply, and the heat exchange effect is equivalent to the uniform distribution of wind speed.Keywords: Axial fan; Suction type; Blowing type; Velocity distribution中图分类号：TB6DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2020.99.0181 引言轴流风扇具有效率高、噪音低的优点，多个轴流风扇组合使用，还可实现送风形式的多样化，提升用户舒适性，所以越来越多的空调厂家将其应用于空调室内机。
【CN109800519A】一种轴流风扇多点气动优化设计方法【专利】
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910074877 .8
(22)申请日 2019 .01 .25
(71)申请人 深圳友铂科技有限公司 地址 518000 广东省深圳市龙岗区龙城街 道清林西路留学生创业园一园220
(72)发明人 陈焕龙 杨显清 张楠 刘竞航 韩伟 邓宗全 刘暾 侯珍秀 邹阳 李杰灵 李婷婷 石丹
(74)专利代理机构 北京隆源天恒知识产权代理 事务所(普通合伙) 11473
代理人 闫冬
(51)Int .Cl . G06F 17/50(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109800519 A (43)申请公布日 2019.05.24
( 54 )发明 名称 一种轴流风扇多点气动优化设计方法
3
CN 109800519 A
说 明 书
1/9 页
一种轴流风扇多点气动优化设计方法
技术领域 [0001] 本发明涉及轴流风扇技术领域，特别涉及一种轴流风扇多点气动优化设计方法。
背景技术 [0002] 航空发动机被誉为现代工业“皇冠上的明珠”，标志着一个国家航空工业发展的综 合技术水平。风扇/压气机作为航空发动机的核心气动部件之一，其气动性能常常决定着航 空发动机整体的 工作性能。现代航空发动机高推重比 、高效率、低油耗的 应 用需求 ，使得风 扇/压气机不断朝着高的级气动负荷水平、高通流以及结构紧凑等特征发展，并且需要在全 工况工作条件下维持良 好的效率水平与较宽广的稳定工作范围 ，以 满足航空发动机全工况 稳定运行的应用需求。 [0003] 在风扇/压气机气动优化设计中，单点优化设计方法通常仅能考虑优化点工况下 风扇/压气机气动性能变化，无法有效地兼顾非优化点气动性能的改变，即难以综合考虑风 扇/压气机气动设计方案的变工况性能 ，无法有效拓展气动设计方案稳定工作范围。因此 ， 单点优化设计方法在实际工程应用方面具有一定的局限性。
汽轮发电机冷却风扇的数值模拟及优化
汽轮发电机冷却风扇的数值模拟及优化刘全忠;宫汝志;王洪杰;魏显著【摘要】为了深入研究汽轮发电机冷却风扇内的流动规律,并对其设计提出合理优化方案,对某汽轮发电机轴流式通风冷却风扇的原始模型在流量为25m3/s的工况下进行了CFD流场数值模拟,通过改变叶片安放角和叶片扭转角,得到冷却风扇计算效率和叶片安放角及叶片扭转角之间的关系.计算结果表明:在一定范围内,风扇效率和叶片安放角及叶片扭转角之间都呈近抛物线变化关系,在特定叶片安放角和叶片扭转角附近风扇效率最高.经叶片修型后的轴流风扇效率较原模型提高了15.8%.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2010(042)003【总页数】4页(P442-445)【关键词】汽轮发电机;冷却风扇;CFD;数值模拟;优化【作者】刘全忠;宫汝志;王洪杰;魏显著【作者单位】哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TH432.1轴流风扇是汽轮发电机空气冷却系统中最重要的部件，通过数值计算可以模拟风扇内部流场并提供整个流场的流动参数，充分认识轴流风扇内部流动规律，为改进设计提供有效可靠的依据.Li Yimin 等通过流动可视化和数值模拟技术对轴流风扇内部的流动情况进行了研究，验证了数值计算方法的可行性［1］;文献［2-4］分别针对不同的轴流风扇进行了数值计算和实验，得到的数值计算结果与实验数据吻合较好;谷慧芳等基于CFD 计算，运用三阶样条插值方法，对影响风机性能的参数进行了优化分析，考虑了多种参数影响下的风机优化问题［5］;文献［6］提出了一种结合CFD 计算优化三维轴流风扇叶片的综合方法，该方法借助CFD 方法对叶片性能进行分析预测，然后对叶片进行改进.万福通过CFD 方法对轴流通风机叶片的流场进行了虚拟样机的数值模拟，得到了流场的特性参数，提出了对叶型的改进设计方案并实验验证了方案的可行性［7］;郑剑飞对低压大流量通风机内部流场进行了三维数值模拟，分析了叶片不同周向弯曲对其气动性能产生影响的原因，并提出降低其通流损失是降低通风机内部流动损失的一个有效办法［8］;齐学义等依据CFD 结果对水轮机转轮叶片由翼展中部至轮缘处的翼型进行优化，遵循三阶贝塞尔曲线的规律进行修型并增大叶片安放角，修型后的转轮经模拟计算结果表明其效率有较大提高［9］.本文采用数值模拟分析方法，用Fluent 软件对某汽轮发电机通风冷却风扇在流量为25 m3/s工况的流场进行了数值模拟，了解其内部流场分布情况;以三阶贝塞尔曲线为叶片型线约束，通过改变叶片安放角和叶片扭转角来获取风扇性能与叶片安放角和叶片扭转角的变化规律，以效率最高点附近的叶片参数进行修型并通过CFD 验证，通过修型使轴流风扇的效率得到了明显提高.1 理论计算方法选取有应用背景的优秀原型叶片是轴流风机的CFD 优化设计的关键，本文研究的原始模型由哈尔滨大电机研究所提供，转动部件包括风扇叶片和前导叶，如图1所示.图1 轴流风扇初始几何模型转动部分初始模型叶片尺寸和运行条件见表1.表1 初始模型尺寸和运行条件内mm径外m径m进出(°口)角叶片m宽m度(m3流·量s-1)(r·转m速in-1)670 1 455 20.5 47.625 25 3 0001.1 计算区域定义本文计算区域为包括风扇进口段、导叶段、叶轮段和出口段在内的主流区域(如图2 所示)，采用适用性强的非结构化四面体网格划分技术，针对叶轮部分空间复杂的特点，采用网格大小为10划分网格，进口段和出口段采用尺寸函数(Size Function)由叶轮区域到边界网格逐渐变疏划分网格，网格总数为125×104，各部分网格数统计如表2 所示.针对轴流风扇内部三维粘性湍流的流动特点，本文采用不可压缩流体雷诺平均N-S 方程:图2 计算模型示意图表2 各部分网格数统计风扇部位网格数目风扇部位网格数目入口段 345 742 叶轮段334 372导叶段 210 637 出口段359 2311.2 控制方程及边界条件确定采用标准k-ε 湍流模型和连续性方程使雷诺平均方程封闭，该模型对求解有较大曲率半径的风扇内部流动有较好的适应性［10］.使用速度入口及压力出口边界条件.采用多参考系(MRF)模型进行计算，进口与叶轮间、叶轮与出口间的界面设置为Interface(交界面)，叶轮段转动速度为3 000 r/min，应用壁面函数求解近壁区域的低雷诺数流动.1.3 效率计算方法风扇的效率为其中:η 为效率，N 为轴功率，Ne 为风扇输出功率，Wi 和Wo 为进、出口流体具有的机械能，M 为输出转矩，ω 为风扇叶轮转速.用User Defined Function(用户自定义函数)访问求解器，编写程序对求解器中的数据进行处理.求解器中包含风扇进出口每一个网格节点上的压力和流量值，对二者的乘积进行累加，即可求得进、出口流体具有的机械能.2 计算结果及优化对原始模型风扇叶片进行优化设计，首先要获取原始风扇模型的流场参数并计算出数值效率，在此基础上，通过调整叶片参数来改善风扇内部流动特性，本文中这样的叶片参数包括叶片安放角和叶片扭转角.计算不同的叶片安放角和叶片扭转角下的风扇流场，得到效率和叶片安放角及叶片扭转角的关系，找出效率最高点对应的叶片安放角和叶片扭转角作为最终优化风扇模型.2.1 原模型风扇计算结果图3(a)是原始模型叶片工作面和背压面的压力分布图.从图上可以看出叶片工作面入口部分压力梯度较大(图3 中各组叶片压力分布图中由左至右分别对应从叶片入口到叶片出口)，说明在此处有流体的突然折转及撞击现象，原始模型安放角度不适合当前工况;叶片背面低压区范围较小，最低压力较低，即在较小的降压范围出现较大的压力降低，流动状态不佳;从图4(a)叶片周围的流线分布也可以看到叶片尾部有较严重的流动分离现象，导致能量损失，效率下降.用1.3中的方法对原型叶片效率进行计算发现，其计算效率为54.3%.图3 叶片表面压力分布图4 叶片周围流线分布2.2 叶片安放角的调整图3 (a)显示在叶片工作面叶片入口位置有流动撞击现象，据此应调小叶片安放角.从20.5°到12.5°的范围内每调小0.5°计算一次流场及效率，得到效率随叶片安放角的变化规律如图5 所示.从图5 中可以看出，风扇效率随叶片安放角变化规律为先增后减，在叶片安放角约为14.5°时风扇效率达到最大值，最大效率为69.1%，此时叶片工作面和背压面的压力分布图如图3(b)所示，叶片工作面上压力梯度较原始模型更为均匀;叶片背压面低压范围扩大且最低压力较原始模型有所提高，流体沿叶片背面的流动性能得到改善.从图4(b)叶片周围流线分布也可以看到叶片表面流动分离现象减轻.2.3 叶片的扭转采用叶片角为14.5°时的风扇叶片继续对叶片扭转角进行优化.以叶片的中间为基准，每隔0.2°对叶片进行扭转，对每个扭转角对应的风扇叶片计算了其流场及效率，得出效率随叶片扭转角的变化规律如图6 所示，从图6 中可以看出:风扇效率随叶片扭转角变化规律为先增后减.从叶片底部到叶片顶部共扭转2.2°左右时，叶片效率可达到70.1%.叶片扭转2.2°时，由图3(c)看到叶片背面最低压力已提高到-2.5×10-3，由图4(c)可以看到叶片表面流动分离问题进一步改善.通过以上计算，本文选取叶片安放角为14.5°和叶片扭转角为2.2°时的风扇叶片作为最终优化叶片.图5 风扇效率随叶片安放角的变化情况图6 风扇效率随叶片扭转角度的变化情况3 结论1)对叶片安放角进行调整，并对叶片进行扭转，使轴流风扇叶轮效率由初始模型的54.3%提高到70.1%;2)对初始风扇模型进行调整，风扇内部流体流动状况得到明显改善，叶片表面压力梯度变均匀，叶片背面最低压力由初始模型的-3.64×10-3提高到-2.23×10-3(相对压强);3)叶片调整后，其叶片表面流动状况得到明显改善，流动分离现象得到有效控制.参考文献:［1］LI Yimin，ZHOU Zhongning.Investigation and numerical simulation of inner-flow of an axial mine-flow fan under low flow rate conditions［J］.Journal of China University of Mining＆Technology，2008，18:107-111.［2］HOTCHKISS P J，MEYER C J.Numerical investigation into the effect of cross-flow on the performance of axial flow fans in forced draught air-cooled heat exchangers［J］.Applied Thermal Engineering，2006，26:200-208.［3］YOUNG J M，YONG putation of unsteady viscous flow and aero-acoustic noise of cross-flow fans［J］.Computers-Fluids，2003，32(7):995-1015.［4］MEYER C J，KRIGER D G.Numerical simulation of the flow field in the vicinity of an axial flow fan［J］.International Journal for Numerical Methods in Fluids，2001，36:947-969.［5］谷慧芳，顾平道.轴流通风机内部结构优化方法的研究［J］.风机技术，2008，12(3):20-24.［6］LIN B J，HUNG C I.An optimal design of axial-flow fan blades by the machining method and an artificial neural network［J］.Journal of Mechanical Engineering Science，2002，216(3):367-376.［7］万福.基于CFD 的轴流通风机叶片的流场分析与改进设计［J］.风机技术，2008(2):21-25.［8］郑剑飞.小型轴流通风机中叶片周向弯曲影响气动性能的数值模拟［J］.风机技术，2008(2):9-12.［9］齐学义.基于流场计算的贯流式水轮机叶片修型［J］.兰州理工大学学报，2008，34(5):45-49.［10］SPECZIALEC G，THANGAM S.Analysis of an RNG based turbulence model for separated flows［J］.Engineering Science，1992，30(10):1379-1388.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磁 力 线 分 布
磁 密 分 布
结果分析
Page 12
二、电机性能分析 电机静态场分析结果（路径查看）
气隙磁密
转子轭部磁密
定子轭部磁密
Page 13
齿部磁密
二、电机性能分析 电机瞬态场分析结果
t=x时磁密分布
t=x时磁力线分布
输出转矩随时间变化
Page 14
二、电机性能分析
Simulation
直流有刷电机图示
Page 7
二、电机性能分析 绕组连接方式
绕组形式:叠绕组 复倍系数:x 虚槽数：x 每槽导体数：xx 绕组跨距：x 并绕根数：x 绕组线径：xxmm 绕组双边绝缘厚度：xxx
定子冲片及磁钢尺寸
气隙厚度：xxmm 定子外径：xxmm 定子内径：xx7mm 轴向长度：xxmm 叠压系数：x 机壳牌号：x 极弧系数：x 永磁体厚度：xxmm 磁钢牌号：x 磁钢剩磁：xT 磁钢矫顽力：x
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解 结果分析
Page 16
三、电机温度场模拟分析 Ansoft软件不仅可以模拟电机各性能参数，同时可以模拟电机损耗，作为 电机温度场模拟的输入参数。
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解 结果分析 Copper Loss x Iron core Loss x Frictional & Windage Loss x 环境温度：x度 铜耗W 铁耗W 摩擦损耗W 电刷损耗 W Brush Loss x 总损耗 W Total Loss x
旋转区叶尖与壁面保留x间隙
Page 21
四、电机散热优化
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解 结果分析
•为避免因为网格密度不足而造成计算不可靠的影响，对计算域进行加大网格密度的验证，对不同 网格数量下的风叶进行模拟，误差基本可以忽略，说明该网格密度足够，其计算结果是可靠的。 •风叶旋转区进行局部加密
Page 8
换向器及电刷参数
换向器类型：xxxxxx 换向器直径：xxmm 换向器长度：xxxmm 换向器片间绝缘：xxmm 电刷宽度：xxmm 电刷长度：xxxxxmm 电刷对数：x 电刷角度偏移：x 电刷压降：xV 电刷压力：xg/mm² 摩擦系数：x
绕组连接方式图示
二、电机性能分析
几何创建
网格划分 边界条件设置
二、电机性能分析
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解 结果分析
主从边界条件：Master/Slave Boundary 狄里克莱边界条件：Vector Potential Boundary
Page 11
二、电机性能分析 电机静态场分析结果（磁力线、磁密分布）
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解
轴流风扇电机性能模拟及散热优化设计
单位： 参赛人员：
Page 1
某知名汽车品牌轴流风扇
Page 2
目录
一、课题背景
二、电机性能分析 • 电机设计参数 • 电机性能仿真 三、电机温度场分析
• 有限元分析电机温度分布 四、电机散热优化设计 • 优化方案 • 模拟分析 • 结论
五、结论及展望
Page 3
一、课题背景
评价指标
电机几何复杂程度 对经验参数的依赖 简单 完全依赖
经验公式
不限
ANSOFT
不限
试验
不完全依赖
不依赖
预测成本
预测周期 预测信息量 预测可靠性
最低
最短 很少 最差
较低
较短 最详细 较好
最高
最长 较多 最好
现状描述： 由于日趋激烈的竞争环境及客户对项目进度的要求越来越高，需要零配件企业尽快拿 出解决方案，Ansoft软件可以快速模拟出电机输出特性，有利于设计人员及时调整方案，大 大节省了反复制作样机的时间，使得开发周期大大缩短。 同时，电机温升过高会严重影响电机的性能，出现高温退磁及零件快速老化等不利因素， 如何快速模拟电机温度场并优化电机散热结构显得至关重要。
一、课题背景
轴流冷却风扇用于发动机的冷却系统和空调系统等的水箱、冷凝器等的风冷散热
Page 4
一、课题背景
SHROUD
Flapper door
护风罩
风门
MOTOR
电机
FAN
风扇
按照电机数量分为: ……….. 按照装配位置分为: ……….. 按照电机调速方式可以分为: ………..
Page 5
Байду номын сангаас
Page 17
三、电机温度场模拟分析
几何创建
机壳温度分布 网格划分 边界条件设置 求解 结果分析
刷盆温度分布
温度超出安全范围值时， 热保护器即跳开。
Page 18
四、电机散热优化
现状描述： 由于整车装配中风扇的安装空间越来越小，但性能要求越来 越高，电机功率增大，体积减小，发热问题严重。 针对电机发热情况，在风叶轮毂处开孔，使更多气流进入轮 毂内部对电机散热。
Page 22
Page 19
四、电机散热优化 环形渐扩结构 加强筋 导叶
散热优化方案： 1. 2. 3.
Page 20
四、电机散热优化
为评估开孔散热影响，需模拟流场及温度场状态，进行定性分析。
几何创建
Inlet Domain
网格划分 边界条件设置
Rotate Domain Outlet Domain
求解 结果分析
电机模拟性能&测试性能对比
结论：
•对比仿真结果与实验测试结果，仿真结果可靠性较高，数值结果和相对精度可以 满足工程需要 •仿真设计方法可节约开发周期，在更大程度上减少设计结果对设计人员经验的依 赖性，有利于我公司掌握电机性能的数值模拟和优化分析。
Page 15
三、电机温度场模拟分析 Ansoft软件不仅可以模拟电机各性能参数，同时可以模拟电机损耗，作为 电机温度场模拟的输入参数。
Page 6
二、电机性能分析 电机设计参数 额定指标
额定功率 母线电压 极数 额定转速 电刷压降 xxxW xxV x xxxxrpm x.xV
定子冲片及槽型结构
转子槽数：xx 转子外径:xxmm 转子内径：xxmm 转子槽尺寸：xxxxxxx 轴向长度（叠厚）：xxmm 叠压系数：x.xx 硅钢片牌号： xxxx
电机模型 求解
结果分析
定子外径：Фxmm 转子外径: Фxmm 叠厚：xmm 气隙：xmm 极数：xx极 槽数: x槽 绕线方式: x
Page 9
二、电机性能分析
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解 结果分析
On Selection 剖分设置： 基于单元长度设置 三角形单元格 气隙处加密设置
Page 10