吳渴欣，金英子，李 昳，儲 微

(浙江理工大學(xué)機械與自動控制學(xué)院，杭州 310018)

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小型軸流風(fēng)扇支撐架的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究

吳渴欣，金英子，李 昳，儲 微

(浙江理工大學(xué)機械與自動控制學(xué)院，杭州 310018)

以帶支撐架的小型軸流風(fēng)扇為研究對象,通過響應(yīng)面法建立以支撐架數(shù)量、直徑和傾斜角度為自變量,以風(fēng)扇的靜壓升和噪聲為因變量的響應(yīng)面模型，分析支撐架數(shù)量、直徑和傾斜角度對小型軸流風(fēng)扇靜特性、氣動噪聲和內(nèi)部流場特性的影響，進行流場優(yōu)化和性能分析，然后在小型風(fēng)洞中完成了靜特性實驗驗證。結(jié)果表明：針對研究對象,當(dāng)支撐架數(shù)量為7、支撐架直徑為6 mm、支撐架逆旋轉(zhuǎn)方向傾斜60°時，風(fēng)扇的性能最優(yōu)；實驗數(shù)據(jù)與數(shù)值計算結(jié)果吻合較好，驗證了數(shù)值模擬的正確性。

小型軸流風(fēng)扇；支撐架結(jié)構(gòu)參數(shù)；靜特性；噪聲

0 引 言

小型軸流風(fēng)扇廣泛應(yīng)用于計算機、工作站等集成電子產(chǎn)品的散熱，通常帶有支撐架。由于轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中與支撐架周期性相遇，因此轉(zhuǎn)子和支撐架之間存在氣動作用，影響小型軸流風(fēng)扇的性能。Quinlan等[1]和Huang[2]對小型軸流風(fēng)扇進行流體可視化實驗以及流體運動測量，研究發(fā)現(xiàn)，二次流和非定常葉頂間隙流是小型軸流風(fēng)扇產(chǎn)生寬頻噪聲的主要來源，葉頂端板處理以及葉片尾緣粗糙處理可以有效降低噪聲9 dB。Envia等[3]和Wang等[4]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)定子彎掠的方向使葉尖在葉根下游、定子傾斜的方向為順轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向時，可有效減少因轉(zhuǎn)子和定子間的相互作用而產(chǎn)生的噪聲。Wang等[5]設(shè)計的支撐架數(shù)與葉片數(shù)相等的小型軸流風(fēng)扇，可有效消除部分離散頻率噪聲，在一次諧波及二次諧波處噪聲分別降低18.5 dB和13 dB，總噪聲降低11 dB。Cao等[6]和Huang等[7]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子和支撐架的非定常力可以分解為沿旋轉(zhuǎn)軸方向的推力和沿旋轉(zhuǎn)方向的阻力，結(jié)果表明，較高傾斜角的支撐架使風(fēng)扇的整體噪聲降低4 dB。Lu等[8]研究了轉(zhuǎn)子和支撐架的氣動相互作用機制，采用FLUENT計算三維非定常流場，通過聲類比法預(yù)測噪聲，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片與支撐架相遇時，葉片吸力面壓力急劇升高，葉片壓力面壓力逐漸降低，葉片壓力面的壓力與支撐架表面的壓力在整個葉輪的旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)存在相互抵消的現(xiàn)象，葉片吸力面的脈動壓力與整體風(fēng)扇的非定常壓力相當(dāng)。以上研究雖然涉及支撐架對小型軸流風(fēng)扇性能的影響，但沒有對支撐架的結(jié)構(gòu)參數(shù)開展優(yōu)化研究。

本文采用數(shù)值模擬的方法，對小型軸流風(fēng)扇的支撐架進行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。在三因素三水平響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，建立以靜壓升和噪聲的綜合值最大為優(yōu)化目標的多目標優(yōu)化函數(shù)，獲得性能最優(yōu)的風(fēng)扇，并對原型風(fēng)扇和性能最優(yōu)風(fēng)扇進行靜特性實驗，為優(yōu)化高性能低噪聲小型軸流風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。

1 模型建立與數(shù)值模擬

小型軸流風(fēng)扇通常帶有支撐架，支撐架結(jié)構(gòu)參數(shù)影響小型軸流風(fēng)扇的性能。本文數(shù)值模擬具有不同支撐架結(jié)構(gòu)參數(shù)的小型軸流風(fēng)扇的靜特性和噪聲，圖1為帶支撐架風(fēng)扇模型，表1為風(fēng)扇葉片參數(shù)。

圖1 帶支撐架風(fēng)扇模型

參數(shù)數(shù)值葉片數(shù)/個7葉輪外徑/mm84輪轂比0.4旋轉(zhuǎn)速度/(r·min-1)3000葉頂間隙/mm1.5基頻/Hz350

數(shù)值模擬計算分為三維定常計算和非定常計算。在定常計算中，本文選擇標準k-ε湍流模型，采用標準壁面函數(shù)處理近壁面，采用SIMPLE算法耦合壓力和速度項，壓力項的離散化采用標準差分格式，入口給定均勻的質(zhì)量流量，出口邊界條件設(shè)定為

相對大氣壓，改變?nèi)肟谫|(zhì)量流量求解不同工況，葉輪旋轉(zhuǎn)區(qū)采用動坐標系，旋轉(zhuǎn)的葉片相對動坐標系靜止，旋轉(zhuǎn)速度設(shè)為3000 r/min，壁面粗糙度值設(shè)為常數(shù)0.5，葉片壁面剪切條件設(shè)為無滑移。

以定常計算得到的流場作為初始流場進行非定常計算，采用大渦模擬(LES)湍流模型，使用PISO算法進行壓力和速度項的耦合，對葉輪旋轉(zhuǎn)區(qū)進行滑移網(wǎng)格處理，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，支撐架區(qū)的網(wǎng)格相對葉輪旋轉(zhuǎn)區(qū)的網(wǎng)格靜止，旋轉(zhuǎn)流體區(qū)的網(wǎng)格以指定的旋轉(zhuǎn)速度運動，交界面將葉輪旋轉(zhuǎn)區(qū)和支撐架區(qū)分隔為動靜區(qū)域，通過交界面流體質(zhì)點進行物理信息傳遞。

當(dāng)壓力場計算穩(wěn)定后，引入Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)噪聲預(yù)測模型計算噪聲，將葉片表面定義為噪聲源，在流場中設(shè)置噪聲監(jiān)測點以研究噪聲在流場中的分布情況，采用快速傅里葉變換對噪聲監(jiān)測點處的聲壓信號進行處理，分析噪聲的頻譜特性。

圖2是數(shù)值模擬的計算域示意圖，為了使流動充分發(fā)展，將計算域的進口和出口作適當(dāng)?shù)难由?，保證覆蓋到流動發(fā)生變化的整個區(qū)域。將計算域劃分為葉輪旋轉(zhuǎn)區(qū)、葉頂間隙和支撐架區(qū)、進口延長區(qū)和出口延長區(qū)，坐標原點設(shè)置位于風(fēng)扇輪轂的中心位置，Z軸為中心軸。

圖2 計算域

引入FW-H噪聲模型計算噪聲時，設(shè)置8個噪聲監(jiān)測點，如圖2的圓點所示。最右邊的監(jiān)測點記為點1，其他各監(jiān)測點沿Z軸負向(氣流運動方向)依次排序，其中點2位于葉頂間隙區(qū)、輪轂中心截面處，且距葉頂和機匣的距離相等，坐標為(0，42.5，0)。其他各監(jiān)測點均位于Z軸上。各監(jiān)測點在Z軸上的坐標見表2。

表2 噪聲監(jiān)測點Z軸坐標

選取三套不同網(wǎng)格數(shù)的網(wǎng)格進行網(wǎng)格無關(guān)性驗證，對比發(fā)現(xiàn)總網(wǎng)格數(shù)約為320萬時，增加網(wǎng)格數(shù)量對計算結(jié)果影響較小，因此選擇此網(wǎng)格數(shù)進行數(shù)值模擬。整體風(fēng)扇表面網(wǎng)格與單個葉片表面放大網(wǎng)格分別如圖3和圖4所示。

圖3 整體風(fēng)扇表面網(wǎng)格

圖4 單個葉片表面放大網(wǎng)格

2 支撐架結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

2.1 多目標優(yōu)化模型的建立

小型軸流風(fēng)扇支撐架結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化目標是靜壓和噪聲的綜合值最大。對風(fēng)扇的靜壓和噪聲進行歸一化處理，建立多目標優(yōu)化函數(shù)[9]，如式(1)-(3)所示：

(1)

(2)

(3)

其中：P和L分別為靜壓和噪聲，Pmax和Pmin分別為靜壓的最大值和最小值，Lmax和Lmin分別為噪聲的最大值和最小值，Pnormalized和Lnormalized分別為靜壓和噪聲的歸一化值，F(xiàn)為靜壓和噪聲的多目標優(yōu)化函數(shù)，當(dāng)F取最大值時，風(fēng)扇性能最優(yōu)，a和b分別為靜壓和噪聲的權(quán)重系數(shù)。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化法的建模與分析

Monson等[10]通過實驗的方法設(shè)計了一種主動噪聲控制系統(tǒng)(ANC)，該系統(tǒng)可以有效提高小型軸流風(fēng)扇的性能。支撐架與這種系統(tǒng)的作用相似。支撐架的數(shù)量、直徑、傾斜角度是帶支撐架小型軸流風(fēng)扇的三個重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。

Chu等[11]建立了三個不同形狀的支撐架風(fēng)扇模型，分別為邊長4mm的方形支撐架風(fēng)扇模型、直徑4.0mm的圓形支撐架風(fēng)扇模型與直徑4.5mm的圓形支撐架風(fēng)扇模型，研究發(fā)現(xiàn)，隨著質(zhì)量流量系數(shù)增大，三個風(fēng)扇模型的靜壓升系數(shù)逐漸降低，效率先增大后減小。方形支撐架風(fēng)扇的靜壓系數(shù)和效率，在工作流量區(qū)間內(nèi)較圓形支撐架風(fēng)扇明顯降低，表明圓形支撐架風(fēng)扇對氣體的阻塞作用更小，有利于提升風(fēng)扇的靜壓和效率。相比直徑為4.0mm的圓形支撐架風(fēng)扇模型，直徑為4.5mm的圓形支撐架風(fēng)扇模型的靜壓和效率稍降低，這說明支撐架直徑越小，靜特性越好。支撐架整體尺寸較小，細微的尺寸變化對流體的繞流作用不明顯，靜壓系數(shù)和效率相差較小，因此選取直徑為2.0、4.0、6.0mm的三種支撐架進行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究。

在風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)過程中，風(fēng)扇葉片與支撐架周期性相遇，存在氣流的相互作用，支撐架數(shù)量不同，風(fēng)扇性能不同。Wang等[4]采用支撐架數(shù)量與葉片數(shù)相等的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)來提高風(fēng)扇性能。當(dāng)支撐架數(shù)量相差較小時，靜壓與效率的變化不明顯。本文選取支撐架數(shù)量為3、5、7進行優(yōu)化研究。

Ito等[12]將支撐架沿著旋轉(zhuǎn)方向傾斜，發(fā)現(xiàn)相比于徑向位置支撐架風(fēng)扇，順旋轉(zhuǎn)方向傾斜和逆旋轉(zhuǎn)方向傾斜的支撐架都能有效提高風(fēng)扇系統(tǒng)性能。儲微等[13]根據(jù)圖形設(shè)計發(fā)現(xiàn)，針對本文的風(fēng)扇，與徑向位置支撐架風(fēng)扇相比，逆旋轉(zhuǎn)方向傾斜60°風(fēng)扇的靜壓和效率升高，順旋轉(zhuǎn)方向傾斜60°風(fēng)扇的靜壓與效率降低。因此，選取順旋轉(zhuǎn)方向傾斜60°、徑向位置0°、逆旋轉(zhuǎn)方向傾斜60°三個不同的傾斜角度進行優(yōu)化研究。

綜上所述，以支撐架的數(shù)量、直徑和傾斜角度為三個研究因素，分別選取支撐架數(shù)量為3、5、7，支撐架直徑為2.0、4.0、6.0mm，支撐架傾斜角度為-60°、0°、60°三個水平進行二階響應(yīng)面的Box-Behnken設(shè)計。支撐架的數(shù)量、直徑以及傾斜角度分別用X1、X2、X3表示，三個因素的水平和編碼見表3。

根據(jù)響應(yīng)面優(yōu)化法的Box-Behnken設(shè)計，可得表4所示的試驗方案。

表3 響應(yīng)分析的因素和水平

表4 試驗方案設(shè)計和數(shù)值模擬結(jié)果

通過熵權(quán)法[9]確定權(quán)重系數(shù)，a=0.603921104，b=0.396078896。由所得靜壓和噪聲的權(quán)重系數(shù)值可以獲得Box-Behnken設(shè)計試驗方案中多目標優(yōu)化函數(shù)值(見表5)，響應(yīng)面優(yōu)化的結(jié)果見表6。

表5 試驗方案設(shè)計多目標優(yōu)化函數(shù)值

表6 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

對試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，建立以風(fēng)扇靜壓和噪聲的綜合值為響應(yīng)值的多元線性回歸模型：

Y=0.96+0.033*X1+0.018*X2+0.015*X3+0.008491*X1*X2+0.25*X1*X3+0.24*X2*X3-0.12*X1*X1-0.18*X2*X2-0.15*X3*X3-0.0338*X1*X1*X2-0.034*X1*X1*X3+0.25*X1*X2*X2

(4)

其中：Y為響應(yīng)值，X1為支撐架數(shù)量，X2為支撐架直徑，X3為支撐架的傾斜角度。

通過響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果(表6中的P值)可以看出，對風(fēng)扇的靜壓升和噪聲影響最明顯的是支撐架數(shù)量，其次是支撐架直徑和支撐架傾斜角度。

根據(jù)多元線性回歸方程，優(yōu)化目標為靜壓和噪聲的綜合值最大，約束條件為支撐架的數(shù)量、直徑和傾斜角度在給定的范圍內(nèi)，由回歸方程求解得到，當(dāng)支撐架的數(shù)量為7、支撐架的直徑為6 mm、支撐架逆旋轉(zhuǎn)方向傾斜60°時，靜壓和噪聲的綜合值最大，此時帶支撐架的小型軸流風(fēng)扇性能最優(yōu)。

3 優(yōu)化風(fēng)扇的性能

3.1 靜特性

圖5和圖6是原型風(fēng)扇和優(yōu)化風(fēng)扇的靜壓-流量無因次(Ψ-Φ)曲線和效率-流量無因次(η-Φ)曲線，從圖中可以看出：在整個流量區(qū)間內(nèi)，優(yōu)化風(fēng)扇的靜壓和效率大于原始風(fēng)扇，表明優(yōu)化風(fēng)扇的做功能力較原始風(fēng)扇增強。

圖5 靜壓-流量無因次(Ψ-Φ)曲線

圖6 效率-流量無因次(η-Φ)曲線

3.2 噪聲

圖7為原型風(fēng)扇與優(yōu)化風(fēng)扇在最佳工況點時8個監(jiān)測點處的總聲壓級曲線。從圖7中可以看出：a)優(yōu)化風(fēng)扇在各個監(jiān)測點處的總聲壓級均較原型風(fēng)扇有明顯降低，最大降低1.2 dB。b)隨著監(jiān)測點位置向Z軸負方向移動，聲壓級逐漸降低，葉頂間隙處(監(jiān)測點2)的總聲壓級較其他監(jiān)測點高，這是因為葉頂間隙處流動較為復(fù)雜，葉頂間隙流與葉片和機匣存在強烈的相互作用，導(dǎo)致聲壓級相對較高。

圖7 8個監(jiān)測點處的總聲壓級

圖8為原型風(fēng)扇和優(yōu)化風(fēng)扇在最佳工況點時葉頂間隙處的功率譜密度分布，從圖中可以明顯看出：原型風(fēng)扇和優(yōu)化風(fēng)扇的功率譜密度的峰值均出現(xiàn)在基頻和諧波處，在一次諧波處功率譜密度最高，達到27 W/Hz，在二次諧波及三次諧波處逐漸衰減；隨著頻率的增加功率譜密度的峰值逐漸消失，優(yōu)化風(fēng)扇的功率譜密度峰值在一次諧波和二次諧波處有明顯降低，在更高次諧波處，原型風(fēng)扇和優(yōu)化風(fēng)扇的功率譜密度基本相當(dāng)。所以在1000 Hz以內(nèi)的離散頻率噪聲對風(fēng)扇的整體噪聲影響更為顯著。

圖8 葉頂間隙處(監(jiān)測點2)功率譜密度分布

圖9為葉頂間隙處(監(jiān)測點2)和出口延長段內(nèi)距離風(fēng)扇100 mm處(監(jiān)測點4)的1/3倍頻圖，縱坐標為A計權(quán)聲壓級。從圖9可以看出：a)葉頂間隙處(監(jiān)測點2)，在低頻段，原型風(fēng)扇和優(yōu)化風(fēng)扇的A計權(quán)聲壓級均較高，為100 dB左右。隨著頻率的增加，聲壓級逐漸降低。結(jié)合圖7可知，葉頂間隙處的總聲壓級主要取決于低頻段內(nèi)噪聲。相比于原型風(fēng)扇，優(yōu)化風(fēng)扇在各個頻段內(nèi)的A計權(quán)聲壓級均有不同程度的降低。b)在風(fēng)扇下游處(監(jiān)測點4)，相比于葉頂間隙處的噪聲，風(fēng)扇下游監(jiān)測點4處的A計權(quán)聲壓級明顯降低，整體保持在50 dB左右。相比于原型風(fēng)扇，優(yōu)化風(fēng)扇在各個頻段內(nèi)的A計權(quán)聲壓級也均有不同程度的降低。

圖9 A計權(quán)聲壓級的1/3倍頻圖

綜上所述，優(yōu)化后的風(fēng)扇的靜特性優(yōu)于原型風(fēng)扇，總聲壓級、葉頂間隙處的功率譜密度、監(jiān)測點2和監(jiān)測點4處的1/3倍頻的聲壓級均表明優(yōu)化風(fēng)扇的噪聲較原型風(fēng)扇降低。

3.3 子午面靜壓分布

圖10是原型風(fēng)扇和優(yōu)化風(fēng)扇在最佳工況點處的子午面靜壓放大圖。從圖10中可以看出：優(yōu)化風(fēng)扇的進出口壓升較原型風(fēng)扇有明顯提高，與圖5中的靜特性結(jié)果一致。相比于原型風(fēng)扇，優(yōu)化風(fēng)扇的支撐架發(fā)生傾斜，支撐架不與葉片發(fā)生集中的相互作用，因此支撐架與葉片的相互作用減弱，支撐架對氣體的阻塞作用降低。

圖10 風(fēng)扇的子午面靜壓放大圖

3.4 旋轉(zhuǎn)面的靜壓分布

圖11是原型風(fēng)扇和優(yōu)化風(fēng)扇在最佳工況點時2/3葉高位置處旋轉(zhuǎn)面的靜壓分布。從圖11中可以看出：當(dāng)支撐架與葉片相遇時，支撐架分別與葉片的壓力面、吸力面發(fā)生不同程度的相互作用。相比原型風(fēng)扇，優(yōu)化風(fēng)扇的這種相互作用明顯減弱，在一定程度上說明了噪聲降低的原因。

圖11 風(fēng)扇在2/3葉高位置處旋轉(zhuǎn)面的靜壓分布

4 靜特性實驗

在小風(fēng)洞中實測風(fēng)扇的靜特性，實驗裝置如圖12所示，通過壓力傳感器和扭矩傳感器采集風(fēng)扇的靜壓和扭矩，通過風(fēng)洞上下游的壓力傳感器獲得壓力差，經(jīng)轉(zhuǎn)換獲得工作流量值。控制輔助風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風(fēng)洞內(nèi)氣體的流量。圖13為小風(fēng)洞測試的靜壓-流量性能曲線，從圖中可以看出：a)額定工況下，在整個工作流量區(qū)間內(nèi)，模擬和實驗的靜壓系數(shù)均隨著流量系數(shù)增大而逐漸降低。b)數(shù)值模擬的結(jié)果和實驗的結(jié)果基本吻合，說明本文進行的數(shù)值模擬具有較好的可靠性。

圖13 風(fēng)洞測試性能曲線與數(shù)值模擬結(jié)果的對比

5 結(jié) 論

本文對小型軸流風(fēng)扇支撐架的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計了一種性能最優(yōu)的帶有支撐架的小型軸流風(fēng)扇。對原型風(fēng)扇和優(yōu)化風(fēng)扇進行數(shù)值模擬研究，分析比較兩者的靜特性、氣動噪聲和內(nèi)部流動性能，得出如下結(jié)論：

a)對風(fēng)扇的靜壓升和噪聲影響最明顯的是支撐架數(shù)量，其次是支撐架直徑和支撐架傾斜角度。當(dāng)支撐架的數(shù)量為7、支撐架的直徑為6.0 mm、支撐架逆旋轉(zhuǎn)方向傾斜60°時，靜壓和噪聲的綜合值最大，此時小型軸流風(fēng)扇性能最優(yōu)。

b)數(shù)值模擬研究表明，優(yōu)化風(fēng)扇的靜特性優(yōu)于原型風(fēng)扇，在整個工作流量區(qū)間內(nèi)，優(yōu)化風(fēng)扇的靜壓系數(shù)和效率均明顯高于原型風(fēng)扇，且優(yōu)化風(fēng)扇的氣動噪聲較原型風(fēng)扇最大降低1.2 dB，說明本文的優(yōu)化方法可行。

[1] QUINLAN D A，BENT P H. High frequency noise generation in small axial flow fans[J]. Journal of Sound and Vibration,1998,218(2):177-204.

[2] HUANG L X. Characterizing computer cooling fan noise[J]. Journal of the Acoustical Society of America,2003,114(6):3189-3200.

[3] ENVIA E, NALLASAMY M. Design selection and analysis of a swept and leaned stator concept[J]. Journal of Sound and Vibration,1999,228(4):793-836.

[4] WANG J, HUANG L X. Quantification and control of noise sources in a small axial-flow fan[J]. Noise Control Engineering Journal,2006,54(1):27-32.

[5] WANG J, HUANG L X, CHENG L. A study of active tonal noise control for a small axial flow fan[J]. Journal of the Acoustical Society of America,2005,117(2):734-743.

[6] CAO R J, LEE D J. Computational study of aero- and acoustic performance of a small axial-flow fan[J]. International Journal of Aeroacoustics,2006,5(3):217-232.

[7] HUANG L X, WANG J. Acoustic analysis of a computer cooling fan[J]. Journal of the Acoustical Society of America,2005,118(4):2190-2200.

[8] LU H Z, HUNG L X, So R M C, et al. A computational study of the interaction noise from a small axial-flow fan[J]. Journal of the Acoustical Society of America,2007,122(3):1404-1415.

[9] 朱立夫.葉片參數(shù)對長短葉片小型軸流風(fēng)扇性能及內(nèi)部流動影響的研究[D].杭州：浙江理工大學(xué),2014:61.

[10] MONSON B B, SOMMERFELDT S D, GEE K L. Improving compactness for active noise control of a small axial cooling fan[J]. Noise Control Engineering Journal,2007,55(4):397-407.

[11] CHU W, JIN Y Z, LIN P F, et al. Simulation and experiment research of aerodynamic performance of small axial fans with struts[J]. Journal of Thermal Science,2016,25(3):216-222.

[12] ITO T, MINORIKAWA G, NAGAMATSU A, et al. Experimental Research for Performance and Noise of Small Axial Flow Fan[J]. Journal of Environment & Engineering,2008,3(3):192-203.

[13] 儲微,金英子,王艷萍,等.葉片周向彎曲對小型軸流風(fēng)扇靜特性及內(nèi)部流動特征的影響[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報,2015,33(6):818-823.

(責(zé)任編輯： 康 鋒)

Study on the Structure Parameters Optimization of Struts of Small Axial Flow Fan

WUKexin,JINYingzi,LIYi,CHUWei

(College of Mechanical Engineering & Automation, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

In this paper, small axial flow fan with struts is research object. Combined with the numerical simulation of flow field, effects of the number of struts, the diameter of strut and the tilt angle of strut on static characteristics, aerodynamic noise and internal flow field characteristics are analyzed. The response surface model that static pressure and noise are dependent variables when the number of struts, the diameter of strut and the tilt angle of strut are independent variables is established by response surface method. The optimization of flow field and the performance analysis are obtained. The results show that:the performance of fan is optimal when the number of struts is 7, the diameter is 6 mm and the struts reverse rotational direction tilted 60 degrees. The static characteristic experiment is performed in a small wind tunnel. For validation, the computational results are compared with the experimental data. There is excellent agreement between experiment and computation. The correctness of the analysis is verified.

small axial flow fan; optimization of structure parameters; static characteristics; noise

10.3969/j.issn.1673-3851.2017.05.013

2016-07-20 網(wǎng)絡(luò)出版日期： 2017-01-19

國家自然科學(xué)基金項目(51276172)；浙江省自然科學(xué)基金項目(LZ15E090002)

吳渴欣(1992-)，男，遼寧大連人，碩士研究生，主要從事流體機械方面的研究。

金英子，E-mail：jin.yz@163.com

TM925.11

A

1673- 3851 (2017) 03- 0381- 08