基于cfd的空调用轴流风机的结构优化

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1、东华大学硕士学位论文基于CFD的空调用轴流风机的结构优化姓名：张曦申请学位级别：硕士专业：供热、供燃气、通风及空调工程指导教师：顾平道20070101摘要轴流风机广泛应用于通风换气、纺织、矿井、冶金、电站等各个领域中，是空气调节及通风系统的主要设备。相对于离心风机，轴流风机具有流量大、压头低，～般为单级无导叶等特点。目前轴流风机的设计很大程度上要依赖试验，设计成本相对较高；另外轴流风机的噪声值也较大。本文拟采用数值模拟的方法，利用用CFD商用软件F1uent6．2对轴流风机的流场和噪声进行模拟，得出指导性和方向性的结果，帮助选择性能最佳的设计，具

2、有明显的应用价值。本文根据实际轴流风机的结构参数，在FLUENT前处理软件GAMBIT中完成建模和网格划分工作，随即确定计算域和边界条件，将网格导入FLUENT，采用SIMPLE算法和Realizable七一F湍流模型，非耦合隐式求解器，求解三维时均雷诺N—S方程，计算出轴流风机的内部流场。通过改变风机的输入参数和结构参数，如：风量，叶轮转速，安装角，叶片扭角等进行流场计算，得到了风机效率同风机结构参数之间的关联。分析过流场特性后，本文以轴流风机全压效率最大为目标函数，建立了轴流风机的优化设计模型，并运用三次样条插值法求解模型。优化后的风机效率在

3、相同风量下比优化前增加了2．97％。除了流场分析之外，本文还利用FLUENT软件中最新加入的气动噪声模块对风机噪声进行了预估计算，建立了轴流风机噪声预估模型，并结合性能及几何参数，对风机进行了优化降噪。优化后的风机在效率提高3．56％时，噪声仅增加了1．72dB。大大优于传统的通过提高转速来增加效率时所增加的噪声值(6．43dB)。本文所做的工作为空气调节用轴流风机建立了一套较为完善的设计和优化程序，提高了其经济性，为轴流风机的节能和降噪提供了捷径。另外也在复杂模型的建立和简化，网格的生成，计算模型的采用等方面做了一些有益的探索，希望能对相似类型

4、的数值模拟问题提供借鉴。关键词：轴流风机，CFD，Fluent，Realizable七一￡湍流模型，噪声，优化AbstI．actTheaxial—flowfanisextensjvelyappJiedineaChfieIdsuchasventiIating’textile，mine，metallu唱y，hydropowerstation．ItisthemainequipmentofairconditioningandVentilatingsystem．Comp撕ngwjthcentrifugalf矾axial．fanhastheadv如tages

5、likebiggerairnOw，lOwerpressufe，withoutgIlidevanesetc．Currentlythedesi鲷0fthea)(iaJ—fanmainlydependsonexperimentaldata，whichisofhigllcost．～tematively，s洫ulatingtheintemalnowproperlywithnumericalmethodcanprovidecOmputationalresultsingujdingthedesignandhelpustochoosethebestdesignp

6、Jan．IIlthisthesiswesimulateandanalyzeIheflowfieldandaeronoise0faxial．faninair-conditiOningwithacommercialCFDsofhare一一凡uent6。2．Undertheassumptionsofsteadiness，wesimulatetheflowfieldofaxial．faninsubwaywitllRealizable七一￡modelandSIMPLEmethod．0urdiscussionsfocusonreVerseflowre酉oni

7、nsuctionafea，pressuredjslribution，velocitvdistributionandVectorfiled．Thecalculationresultsshowgoodagreementwiththedatataken丘．0mexperiment．Anerthat，wesettheoptimizationmodelwhichbasedontar2譬tofhi曲esteffjciencyandsolvethemodeLTheopti脚jZede硒cjencyofaxj甜．fanjs2．97％hjgherthanfo彻er

8、．Funhefmore，wesimuJatethenojseleyelofaxial—fanbyaeroacoustjcsmodelwh