叶片参数对长短叶片小型轴流风扇性能及内部流动影响的研究

【摘要】小型轴流风扇作为当前很多电子元器件的主要散热通风设备，其性能的好坏直接决定了电子设备运行状况。同时随着人们生活品质的提高，小型轴流风扇作为工作环境中主要的噪声源，它的声学性能也引起了更多的关注。因此如何设计一种散热效果好且噪音低的小型轴流风扇成为当前研究的重点。本文以5叶片的小型轴流风扇为研究原型，设计出长短叶片小型轴流风扇，并用数值模拟方法研究了短叶片的弦长和周向位置对长短叶片风扇性能的影响，分析了风扇的静特性、内部流动和气动噪声特性；设计了以静压和噪声为优化目标的正交试验优化方案，优化出一种最优长短叶片风扇，并进行静特性测试实验。论文的主要内容和取得的成果如下：(1)以5叶片的小型轴流风扇为主要研究对象，采用几何设计方法设计出一种长短叶片小型轴流风扇；简述了本文中采用的数值模拟过程。(2)设计了6种不同弦长短叶片的长短叶片模型，数值模拟分析了它们的静特性、压力分布、速度分布和气动噪声特性。研究结果表明：合适的短叶片弦长对于长短叶片风扇性能的提升有益，短叶片的弦长过长或过短均不利于风扇性能的提升，2/6全弦长模型、3/6全弦长模型和4/6全弦长模型整体性能最优。(3)数值模拟了5种不同周向位置短叶片的长短叶片风扇内部流场和噪声，分析了其静特性、内部流动和气动噪声特性。研究结果显示：中间位置模型、偏向压力面12°和偏向吸力面12°模型的整体性能最优，短叶片的周向位置位于中间或者向两边偏置适当的角度对于风扇性能提升有益，过于偏置一侧不利于改善风扇的整体性能。(4)以短叶片弦长、周向位置和安装角为优化变量，以风扇的静压和噪声为优化目标，设计正交试验优化方案，建立多目标优化函数，采用熵权法确定优化目标权重，对数据进行极差分析，优化出相对最优的长短叶片模型，对原型风扇和最优风扇进行数值模拟和静特性实测。研究结果表明：短叶片安装角对长短叶片风扇性能影响最大，其次是周向位置和弦长；数值模拟结果显示最优模型的静特性明显比原型好，内部流动状况得到改善，气动噪声降低约6dB；静特性实验测量表明优化风扇的性能要优于原型风扇，数值模拟和实验测量结果吻合且趋势一致，验证了数值模拟的可靠性。
【作者】朱立夫；
【导师】金英子；
【作者基本信息】浙江理工大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】小型轴流风扇；长短叶片；弦长；周向位置；气动噪声；优化设计；功效函数法；熵权法；

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