اصول طراحی فن جریان محوری

برای پرداختن به تناقض بین فشار هوای پایین در فن‌های تهویه مطبوع و نیاز به جریان هوای زیاد و سر و صدای کم، این مطالعه یک نمونه اولیه-پنکه جریان محوری با عملکرد بالا برای تهویه مطبوع را به‌عنوان یک مدل تحقیقاتی تطبیقی ​​برای طراحی پشتی - انتخاب کرد. ساختار اولیه نمونه اولیه شامل: قطر خارجی پروانه 409 میلی متر، قطر پروانه 120 میلی متر، نسبت پروانه به پروانه 0.29، 4 پره، سرعت جریان 2220 متر مکعب بر ساعت، فشار استاتیک 20 پاسکال، و سرعت چرخش 880 دور در دقیقه است. طراحی جدید فن، اطمینان از سرعت جریان کافی و در عین حال تمرکز بر بهبود توزیع داخلی جریان هوا برای کاهش نویز را در اولویت قرار داده است.

طراحی فن جدید بر اساس تحقیقات قبلی دینامیک سیالات و روش‌های طراحی شبه-سه-بعدی موجود است. این فناوری از-فناوری پیشرو و یک رویکرد جفت CFD/CAD استفاده می‌کند. ویژگی های ساختاری یک پروانه نمونه اولیه با استفاده از CAD تخمین زده می شود و محاسبات کامل سه بعدی CFD با استفاده از نرم افزار تجاری FLUENT برای بررسی ویژگی های جریان خارجی و داخلی آن انجام می شود. سپس این نتایج با نتایج تجربی مقایسه و تجزیه و تحلیل می شوند. طراحی اولیه پروانه شبه-سه بعدی- با استفاده از روش‌های مرسوم انجام می‌شود و محاسبات CFD برای بررسی ویژگی‌های جریان خارجی و داخلی آن انجام می‌شود. نتایج CAD/CFD فن نمونه اولیه و فن جدید مقایسه و تجزیه و تحلیل می‌شوند و پارامترهای مربوطه در طراحی اولیه برای دستیابی به طرح آیرودینامیکی بهتر تنظیم می‌شوند. CFD برای پیش بینی عملکرد فن تنظیم شده استفاده می شود و پارامترهای مربوطه بر اساس نتایج محاسباتی برای بهینه سازی بیشتر فن تنظیم می شوند.

علاوه بر این، پارامترهایی مانند طول وتر تیغه، زاویه نصب تیغه، زاویه کمبر ایرفویل، و انحنای میانه{0}}ایرفویل نیز در طراحی در نظر گرفته شده است. مقادیر بهینه و تطابق منطقی بین این پارامترها برای بهبود عملکرد آیرودینامیکی و آکوستیک فن انجام می شود.

با در نظر گرفتن عوامل فوق، ساختار اصلی فن جدید طراحی شده به شرح زیر است: قطر خارجی فن 408 میلی متر، قطر پروانه 100 میلی متر، نسبت پروانه به پروانه 0.245، تعداد پره ها 4، نوک تیغه/ریشه طول وتر 276/80 میلی متر، زاویه خمش به جلو 276/80 درجه، زاویه 4 میلی متر به جلو .

شبیه‌سازی‌های عددی روی هر دو فن نمونه اولیه و فن جدید در همان واحد بیرونی انجام شد. واحد واقعی در طول محاسبات از نظر ساختاری ساده شده است و تأثیر مبدل حرارتی، مشبک خروجی، موتور و پشتیبانی آن را نادیده می گیرد، اما ورودی هوای جانبی را در نظر می گیرد.

از روش حجم محدود برای گسسته کردن معادلات کنترل استفاده شد و میدان جریان ثابت سه بعدی کل واحد بیرونی با استفاده از یک راه حل ضمنی جداگانه حل شد. مدل آشفتگی Spalart-آلمارس برای محاسبات انتخاب شد، با یک طرح دوم-تفاوت جهت باد برای مدت همرفت و الگوریتم استاندارد SIM PLE برای فشار{4}}کوپلینگ دما.

با توجه به پیچیدگی سیستم فن، کل حوزه محاسباتی از یک مش بدون ساختار، با اندازه کل مش 110×104 استفاده می‌کند. ناحیه حاوی پروانه به عنوان ناحیه دوار تعریف شد و اندازه مش بزرگتری داشت. شرایط مرزی فشار برای هر دو ورودی و خروجی، با شرایط جوی در ورودی و فشارهای برگشتی متفاوت در خروجی استفاده می شود. زمانی که مقدار باقیمانده کمتر از 1×10-3 باشد، محاسبه همگرا در نظر گرفته می شود.