工程机械冷却风扇流场特性与气动噪声研究

【摘要】随着工程机械技术水平不断提高和环境对降噪的迫切要求，为了提高产品竞争力，工程机械产品越来越重视整机热平衡问题和机外辐射噪声问题的解决方法。工程机械冷却风扇是冷却系统的重要组成部件，它通过旋转运动驱动冷空气克服系统阻力，使冷空气不断地流经散热器，将散热器中大量的热传出动力舱外，使冷却液、液压油和传动油的温度降低从而保证整机正常工作。冷却风扇在参与散热工作的同时也成了整机动力舱内一个重要噪声源，尤其是冷却风扇的气动噪声。为了解决工程机械热平衡和噪声问题，本文结合国家科技支撑计划课题“面向节能与安全的集成智能化工程机械装备研发”（课题编号：2013BAF07B04）对冷却风扇流场特性与气动噪声进行研究。首先，运用FLUENT等软件对某工程机械圆弧板翼型冷却风扇按照标准风道性能试验进行风扇性能的数值模拟，并将数值计算结果与风扇性能试验数据进行对比，数值计算的风扇流场性能和噪声性能误差较小，能够用来研究风扇性能。其次，分析了冷却风扇流场特性与气动噪声的影响因素，冷却风扇性能主要受到叶片结构参数和动力舱中各部件相对位置影响。以原圆弧板翼型冷却风扇为研究对象，在虚拟标准风道试验中分析了叶片安装角、叶片弦长、叶型半径、叶片数和转速等参数变化对风扇流场和噪声性能的影响规律；在原圆弧板翼型冷却风扇的基础上研究NACA9502翼型、叶片上设计导流片、叶片不等距分布和增加环形风圈等叶片型式对风扇性能的影响；另外在虚拟风室中研究冷却风扇、导风罩和散热器之间相对位置关系对风扇流场和噪声性能的影响规律。最后，在定置实验条件下运用CFD方法分析了某工程机械动力舱内部的流场和冷却风扇辐射到整机外部的噪声频谱。从传播途径进行降噪的角度出发，封闭六个动力舱机罩上的通风开口，机外风扇噪声降低2dBA，但散热风量也相对减小。根据前文研究的具有较好流场和噪声性能的风扇叶片型式及较合理的动力舱内部散热部件相对位置对原始风扇和动力舱进行改进分析，通过对比发现风扇噪声降低4dBA，在此改进方案的基础上研究去除导风罩环形部分、封闭风扇与导风罩间隙和减小吹式风扇入口处环形风圈1/3宽度三种方案的改进效果，结果表明去除导风罩环形部分同时减小吹式风扇入口处环形风圈1/3宽度能获得更大流量更低噪声，具有较好的改进效果。
【作者】汤黎明；
【导师】秦四成；
【作者基本信息】吉林大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】工程机械；冷却风扇；流量；气动噪声；计算流体动力学；

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