小型轴流风扇支撑架的结构参数优化研究

  Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ — ３ ８ ５ １ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ５ ． ０ １ ３

  沿 旋 转 轴方 向 的推 力 和沿 旋 转 方 向的 阻力 ， 结果 表 明， 较 高倾 斜 角 的支 撑 架 使 风 扇 的整 体 噪 声 降 低 ４ ｄ Ｂ 。Ｌ ｕ等Ｅ 。 ］ 研究 了转子和支 撑架 的气动 相互作 用机

  收稿 日期 ：２ Ｏ １ ６ 一Ｏ ７ —２ Ｏ 网络 出版 日期 ：２ Ｏ １ ７ 一Ｏ １ 一ｌ ９

  声和 内部流场特性 的影 响， 进行流场优化和 性能 分析 ， 然后在 小型风 洞 中完成 了静特 性 实验 验证 。结 果表 明： 针对 研 究对象 ， 当支撑 架数 量为 ７ 、 支撑 架直径 为 ６ ｍｍ、 支撑 架逆 旋转方向倾斜 ６ Ｏ 。 时， 风扇 的性 能最优 ； 实验数据与数值 计算结果吻合较好 ， 验 证 了数值模拟的正确性 。 关键 词 ：小型轴 流风扇 ； 支撑 架结构参数 ； 静特性 ； 噪声 中图分类号 ： Ｔ Ｍ９ ２ ５ ． １ １ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ３ — ３ ８ ５ １（ ２ ０ １ ７ ）０ ３ — ０ ３ ８ １ — ０ ８

  相 对 大气压 ， 改 变人 口质 量流量 求解 不 同工况 ， 叶 轮 旋 转 区采 用动 坐标 系 ， 旋 转 的叶 片相 对 动 坐 标 系 静 止， 旋转 速度 设 为 ３ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ， 壁 面粗糙 度值 设 为常 数０ ． ５ ， 叶 片壁 面剪切 条件 设 为无滑 移 。 以定 常计 算得 到 的流场作 为初 始流 场进 行非 定

  吸力 面压力急 剧升 高 ， 叶片压 力 面压 力 逐渐 降低 ， 叶 片压 力面 的压 力与 支撑 架表 面 的压力 在 整个 叶轮 的 旋转周期 内存在相互 抵消 的现象 ， 叶片 吸力面 的脉动

  存在气动作用 ， 影响小型轴流风扇 的性能 。Ｑ ｕ ｉ ｎ ｌ ａ ｎ 等Ｌ １ ］ 和 Ｈｕ ａ ｎ ｇ Ｅ ］ 对小 型轴 流 风扇 进 行 流体 可视 化 实

  （ 浙 江理 工大学机械与 自动控制 学院， 杭州 ３ １ ０ ０ １ ８ ）

  要 ：以带 支撑 架的 小型轴流风扇 为研 究对象 ， 通过 响应 面法建立以支撑 架数 量、 直径和倾斜 角度 为 自变量 ，

  以风扇的静压升和噪 声为 因变量的响应面模 型， 分析 支撑 架数量 、 直径 和倾斜 角度对 小型轴 流风扇静特 性 、 气动噪

  浙 江理 工大 学 学报 （ 自然科 学版 ） ， 第３ ７卷 ， 第 ３期 ， ２ ０ １ ７年 ５月

  Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｓ ｃ ｉ — Ｔ ｅ ｃ ｈ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）

  噪声 ９ ｄ ＿ Ｂ 。Ｅ ｎ ｖ ｉ ａ 等［ ３ ］ 和 Ｗａ ｎ ｇ 等Ｅ ］ 研究之后发现 ， 当定 子弯掠的方向使叶尖在叶根下游 、 定子倾斜的方向为

  顺转 子旋转方 向时 ， 可有效 减少 因转子 和定子 间 的相 互作 用而产 生的噪声 。Ｗａ ｎ ｇ等［ ５ ］ 设 计 的支撑 架数 与 叶片 数相等 的小型轴 流风扇 ， 可有效 消 除部分 离散频

  验 以及流体 运 动测 量 ， 研 究发 现 ， 二 次流 和 非定 常 叶

  涉及支撑 架对小 型轴 流风扇性能 的影 响 ， 但 没有 对支 撑架 的结构参数开展 优化研究 。 本 文采 用 数 值模 拟 的方 法 ， 对 小 型 轴 流风 扇 的 支撑 架进 行结 构参 数优 化 。在三 因素三 水平 响应 面 优化 设计 方案 的基 础 上 ， 建 立 以静压 升 和噪 声 的综

  小型轴流风扇 通常带有支撑 架 ， 支撑架 结构参数 影 响小型轴 流 风扇 的性 能 。本 文数 值模 拟 具有 不 同 支撑 架结构参 数的小型轴 流风扇 的静特性 和噪声 ， 图

  基金项 目：国家 自然科学基金项 目（ ５ １ ２ ７ ６ １ ７ ２ ） ； 浙江省 自然科学基金项 目（ Ｌ Ｚ １ ５ Ｅ ０ ９ Ｏ Ｏ Ｏ ２ ） 作者简介 ： 吴 渴欣 （ １ ９ ９ ２ 一） ， 男， 辽 宁大连人 ， 硕士研究生 ， 主要是做流体机械方面的研究。 通信作者 ： 金英子 ， Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｊ ｉ ｎ ． ｙ ｚ ＠１ ６ ３ ． ｔ ｏ ｍ

  小型轴流 风扇广 泛应用于计算 机 、 工作 站等 集成 电子产 品的散热 ， 通 常带有支撑 架 。由于转 子在旋 转 过程 中与支 撑架周期 性相遇 ， 因此转 子和支 撑架 之间

  制， 采用 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ ＮＴ计算 三维非定 常流场 ， 通过 声类 比

  合值最大为优化 目标 的多 目标优化 函数 ， 获得性 能 最优 的风 扇 ， 并 对 原 型风 扇 和 性 能最 优 风 扇 进行 静

  特性 实验 ， 为优 化 高性 能 低 噪 声 小 型轴 流 风 扇 的结 构提 供依 据 。

  率噪声， 在一次谐波及二次谐波处噪声分别降低 １ ８ ． ５ ｄ Ｂ和 １ ３ ｄ Ｂ ， 总 噪声 降 低 １ １ ｄ Ｂ。Ｃ ａ ｏ等Ｌ ６ ］ 和 Ｈｕ ａ ｎ ｇ 等［ ７ ］ 研究 发现 ， 转子 和支撑 架的非定 常力 可 以分解 为