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简谈正交工程车辆冷却风扇流体特性

收藏本文 2024-03-14 点赞:16215 浏览:69897 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:车用冷却风扇是冷却风扇的一个重要分支,广泛运用于汽车、工程机械和军用车辆等车辆冷却系统。本论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)对工程车辆冷却风扇进行了探讨。在工程车辆上,冷却风扇主要作用是为动力舱创造空气流动环境,给散热器模块提供足够的冷空气流量,保证车辆发动机系统、液压系统、传动系统以及空调系统散热需求,维持车辆各子系统平稳持续工作,使车辆动力性能和经济性能稳定可靠。针对工程车辆冷却风扇本论文做了以下探讨:首先,本论文利用FLUENT软件对冷却风扇性能进行了探讨。分别建立了风扇风道和风扇风室两种模型,对冷却风扇及其辅助部件进行性能浅析。其中,风扇风道模型是根据国家标准,建立的对于风扇试验性能仿真的三维模型。通过模拟试验条件,结合MRF (Multiple Reference Frame)策略,对某厂家提供的圆弧弯板风扇性能进行仿真,并与试验数据进行比较。风扇风室模型是在相关参考文献基础上建立的对冷却风扇在其辅助部件下进行性能浅析的三维模型。该模型内引入了一个散热器模型,通过散热器性能变化来评价风扇在辅助部件下的性能变化。其次,在风扇风道模型内对圆弧弯板风扇安装角、叶片弦长、叶片曲率半径、轮毂比和叶片高度等主要结构参数变化对冷却风扇性能影响进行了仿真浅析。并结合正交试验法和信噪比法浅析了各结构参数对冷却风扇性能的敏感度,冷却风扇敏感度由大到小顺序依次为安装角、叶片弦长、曲率半径和轮毅比。在风扇风室模型内对冷却风扇与辅助部件的沉入量和径向间隙变化对性能影响进行了浅析,并将圆弧弯板风扇常用的顶环结构对风扇性能影响进行了仿真浅析。得到结论:当沉入量和径向间隙分别为36mm和5mm时,圆弧弯板风扇在辅助部件下的性能最好,顶环对于圆弧弯板风扇性能有一定提升。再次,在风扇风道模型内对风扇翼型参数变化进行仿真浅析,采取4种翼型分别为圆弧弯板翼型、Ls翼型、NACA6506翼型和NACA6512翼型,通过仿真确定了翼型升力系数与风扇性能的联系。通过对4种翼型仿真可知,相对于其他两种翼型,NACA6512翼型具有较好的气动性能。根据圆弧弯板风扇试验数据,采取孤立翼型法和NACA6512翼型对冷却风扇进行设计并仿真,新型风扇能够达到设计性能值。对新型风扇进行前弯处理,前弯风扇流量略小于新型风扇,但静压性能较高。在风扇风室内对新型风扇和前弯风扇进行仿真,与圆弧弯板风扇比较可知,新型风扇在辅助部件下性能最高。由此,对新型风扇在辅助部件内的沉入量和径向间隙进行仿真浅析,得到结论:当沉入量和径向间隙分别为24mm和5mm时,新型风扇在辅助部件下性能最好。最后,以50型装载机动力舱为探讨对象,对圆弧弯板风扇和新型风扇及其辅助部件进行浅析,确定了4种案例,比较各案例下动力舱流体特性和换热性能。对新型风扇和辅助部件改善对于流体特性和换热特性的影响进行了评估。关键词:冷却风扇论文孤立翼型法论文MRF策略论文正交试验法论文

    摘要4-6

    ABSTRACT6-9

    目录9-13

    第1章 绪论13-23

    1.1 课题背景13-14

    1.2 轴流风扇介绍14-16

    1.3 国内外探讨近况16-20

    1.3.1 冷却风扇CFD策略探讨近况16-17

    1.3.2 冷却风扇设计策略探讨近况17-19

    1.3.3 冷却风扇动力舱内气动特性探讨19-20

    1.3.4 探讨近况总结20

    1.4 本论文主要探讨内容20-23

    第2章 工程车辆冷却风扇性能数值浅析23-41

    2.1 冷却风扇性能参数23-25

    2.1.1 风扇流量23

    2.1.2 风扇压力23-24

    2.1.3 风扇功率24-25

    2.1.4 风扇效率25

    2.1.5 风扇比转速25

    2.2 数值模型的建立25-30

    2.2.1 物理模型的建立26-28

    2.2.2 网格的划分28-29

    2.2.3 边界条件设定29-30

    2.3 数值模型的计算30-33

    2.3.1 制约方程31-32

    2.3.2 湍流模型32-33

    2.3.3 流场算法选择33

    2.4 风扇风道模型仿真及试验验证33-37

    2.4.1 风扇性能试验33-34

    2.4.2 仿真策略确立34-35

    2.4.3 仿真结果浅析35-37

    2.4.4 仿真与试验性能比较37

    2.5 风扇风室模型仿真37-39

    2.5.1 仿真参数设定37-38

    2.5.2 仿真结果浅析38-39

    2.6 本章小节39-41

    第3章 圆弧弯板冷却风扇性能探讨41-61

    3.1 冷却风扇结构参数特性41-42

    3.2 风扇结构参数变化对性能影响42-50

    3.2.0 仿真参数设定43-44

    3.2.1 安装角变化对风扇性能影响44-45

    3.2.2 叶片弦长变化对风扇性能影响45-46

    3.2.3 叶片曲率半径变化对风扇性能影响46-47

    3.2.4 叶片高度变化对风扇性能影响47-48

    3.2.5 轮毂比变化对风扇性能影响48-50

    3.3 风扇结构参数敏感度浅析50-54

    3.3.1 正交试验策略设计50-51

    3.3.2 正交试验仿真结果浅析51-54

    3.4 导风罩对风扇性能影响54-57

    3.4.1 导风罩和顶环54-55

    3.4.2 径向间隙变化与风扇性能联系55-56

    3.4.3 风扇沉入量变化与风扇性能联系56-57

    3.4.4 顶环对风扇性能影响57

    3.5 进气端结构对风扇性能影响57-59

    3.5.1 进气端结构形式58-59

    3.5.2 发动机结构对风扇性能影响59

    3.5.3 吸式风扇性能浅析59

    3.6 本章小节59-61

    第四章 叶片翼型与风扇性能探讨61-77

    4.1 轴流风扇设计基础61-63

    4.1.1 轴流风扇基本论述61-62

    4.1.2 轴流风扇设计策略62-63

    4.2 翼型升力系数与风扇性能联系63-65

    4.2.1 翼型变化对风扇性能影响63-64

    4.2.2 升力系数与风扇性能联系64-65

    4.3 基于孤立翼型法的冷却风扇设计65-72

    4.3.1 孤立翼型设计策略65-68

    4.3.2 风扇模型建立与性能浅析68-70

    4.3.3 新型风扇前弯改善70-72

    4.4 导风罩与风扇性能联系72-75

    4.4.1 径向间隙对风扇性能影响74

    4.4.2 风扇沉入量对风扇性能影响74-75

    4.5 本章小节75-77

    第5章 动力舱流体和换热特性浅析77-91

    5.1 动力舱物理和数值模型建立77-81

    5.1.1 物理模型建立77-80

    5.1.2 数值模型建立80-81

    5.2 动力舱流动和换热特性浅析81-87

    5.2.1 动力舱内空气流动特性浅析82-84

    5.2.2 动力舱换热特性浅析84-85

    5.2.3 散热器状态浅析85-87

    5.3 冷却风扇和辅助部件改善87-90

    5.3.1 改善案例确立87-88

    5.3.2 改善效果浅析88-89

    5.3.3 各案例散热状态浅析89-90

    5.4 本章小节90-91

    第6章 总结和展望91-93

    6.1 探讨工作总结91-92

    6.2 探讨展望92-93

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