發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇氣動(dòng)性能CFD仿真分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇是汽車?yán)鋮s系統(tǒng)中的重要部件之一，是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性的重要保證。傳統(tǒng)經(jīng)設(shè)計(jì)后再試驗(yàn)研究性能的方法裝置復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、成本高、耗費(fèi)大量人力物力，逐漸跟不上產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的腳步?；贑FD性能仿真的風(fēng)扇設(shè)計(jì)和優(yōu)化逐漸成為研究的熱點(diǎn)。
　　本文對(duì)某企業(yè)提供的一款風(fēng)扇產(chǎn)品進(jìn)行了風(fēng)道試驗(yàn)研究。介紹了風(fēng)道試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)與原理、試驗(yàn)方法與步驟、數(shù)據(jù)計(jì)算處理方法;試驗(yàn)測(cè)量了此冷卻風(fēng)扇的靜壓、軸功率、流量、靜壓效率等氣動(dòng)性能參數(shù)

2、，繪制了性能曲線，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)與性能曲線進(jìn)行了討論分析。利用CFD流體分析軟件Fluent對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行了CFD仿真分析，得到靜壓、功率及靜壓效率的仿真值，然后與其試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，多數(shù)工況點(diǎn)誤差均不超過3％，仿真性能曲線與試驗(yàn)性能曲線貼近且趨勢(shì)相同，驗(yàn)證了CFD仿真的精確性和可靠性。
　　為了風(fēng)扇模型的更進(jìn)一步優(yōu)化，對(duì)風(fēng)扇模型實(shí)行了參數(shù)化重構(gòu)。將沿葉高方向分布的12個(gè)截面的平面葉型使用NURBS曲線進(jìn)行重構(gòu)，得到弦長(zhǎng)、吸力面厚度、

3、壓力面厚度及葉型安裝角等4組參數(shù)，對(duì)葉型前緣積疊線的彎掠規(guī)律進(jìn)行參數(shù)化，得到7個(gè)周向控制參數(shù)和6個(gè)軸向控制參數(shù)。在三維CAD軟件CATIA中實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇參數(shù)化造型。并運(yùn)用Matlab對(duì)葉型安裝角參數(shù)進(jìn)行二項(xiàng)式擬合，減少控制參數(shù)數(shù)量。對(duì)參數(shù)化模型進(jìn)行CFD仿真計(jì)算，并將其氣動(dòng)性能參數(shù)與原模型仿真值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示多數(shù)工況點(diǎn)的二者誤差絕對(duì)值不大于3％，驗(yàn)證了參數(shù)化建模方法的可行性。因此，參數(shù)化模型能夠代替原模型實(shí)行CFD分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。建立風(fēng)

4、扇參數(shù)化模型可以為之后的優(yōu)化工作提供設(shè)計(jì)變量，同時(shí)其修改的方便性也大大提高了優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率。
　　在iSIGHT平臺(tái)下集成CATIA和Fluent，建立參數(shù)化模型修改、網(wǎng)格劃分、CFD仿真分析和多目標(biāo)優(yōu)化的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，以靜壓和功率為目標(biāo)函數(shù)、靜壓效率為約束函數(shù)，以葉型安裝角控制參數(shù)和積疊線4個(gè)周向控制參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，建立響應(yīng)面近似模型，運(yùn)用NSGA-Ⅱ算法對(duì)冷卻風(fēng)扇進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。將得到的優(yōu)化模型進(jìn)行CFD仿真分