单转子小型风扇模型建构及数值计算开题报告

1. 研究目的与意义

轴流风扇流道结构的特点决定了其内部流场是非常复杂的，其通流部分是由一系列旋转叶片组合而成，这种情况下，气体运动存在绝对运动与相对运动，风扇内部气体的流动实际是三元周期性非定常流动，也就是说在实际流场中，所有气流参数是空间坐标系上三个方向的变量的函数。同时风扇内部流场又受到流道形状、叶片厚度、叶面气动作用力径向分量、叶栅进出口径向密度梯度、二次流等影响，实际气体三元流动十分复杂，而描述这种流动过程的气动方程组又无法直接求解，目前较普遍而又行之有效的方法是将低元和高元结合使用，即设计初始阶段用一元流动理论，详细计算时用准三元或全三元理论的方法，数值模拟轴流风扇内部流动信息，对风扇进行改进设计，提高风扇性能。

小型轴流风扇安装空间小、使用方便、成本低,已成为计算机和小型家电散热方案的首选,高性能和低噪声小型风扇的设计和制造也成为风扇设计主要研究目标。

小型轴流风扇作为散热的关键部件，广泛应用于计算机等电子产品的散热和通风，利用强制对流对电子组件降温冷却，其通风量和内部气体流动直接影响产品的散热性能和工作稳定性。随着计算机行业不断向小型化、高密度化方向发展，小型轴流风扇的流场、性能与噪声的研究将起到越来越重要的作用。

2. 国内外研究现状分析

传统的设计制造叶轮机械过程一般包括确定性参数、原型设计、样机试验、优化样机、制造。近年来，随着计算机技术cfd技术计算数学的飞速发展。叶轮机械的内部流场数值模拟得到广泛应用，特别是样机试验这部分，利用计算机模拟额可以节约试验所带来的高昂成本；同时cfd方法能很好地在原型设计阶段预测流体机械的性能和内部流动产生的二次流、漩涡、边界分离层、尾迹流等现象，在设计初期就能保证性能的良好。

在上世纪80年代以前基于二维和三维全位势函数和欧拉方程组的无粘定常流动计算方法趋于完善，cfd计算已经取得了长足发展

80年代以后，国外学者开始将研究重心转移到navier-stokes方程组的数值求解。其中denton，rai，moore，hah等人使用压力修正法和时间推进法这两种数值求解方法研究风机和透平叶栅等叶轮机械，取得了丰硕成果。

3. 研究的基本内容与计划

我的第一步计划是先熟悉设计课题，查阅资料，填写开题报告与文献综述。第二步计划是要安装计算流体动力学前处理软件GAMBIT，熟悉GABMIT界面和操作，包括生成几何模型结构、Turbo工具的操作、模型的网格划分、区域类型设定及网格文件输出。第三步是要复习轴流风机孤立翼型1设计方法后，利用GAMBI软件建立风扇模型。风扇参数如表1，翼型参数见附件CLARKY翼型在利用Fluent－3d求解器进行计算，并对流场简单进行分析。第四步是把设计说明书完整的写完。我的最后一步就是毕业设计答辩。

4. 研究创新点

计算流体力学(CFD)相关的领域是数值分析的最典型的应用。从流场分析到传热计算都是应用数值分析方法近似求解偏微分方程组，随着高速计算机的发展，计算流体力学数值模拟已经和实验验证处于同样地位，在实际工程的应用十分广泛，高当今飞行器设计过程中全都应用了CFD进行快速迭代。甚至一些日常生活中的小型电子设备的散热结构设计都有应用CFD技术进行优化。流场分析的控制方程主要是无粘流动的欧拉方程和有粘流动的纳维斯托克斯方程的基础上，结合不同实际流场情况进行相应的改变。进行数值分析的时候就要转变为差分方程，进行离散化。离散化方法有有限差分，有限体积和有限元，包括时域的显式求解和隐式求解方法，这里就涉及到数值分析的经典问题就是在尽量减小的计算量的条件下得到理想的结果，对不同性质的偏微分方程组的(二次椭圆型，抛物线型，双曲线型，混合型)的求解方法也不同。在确定了流场类型和求解方法之后就要将实际物理模型网格化了，网格化就是将要进行数值分析的区域分成好多小格子，求解就是在这些小格子上进行的，进行网格化的方法也有好多好多，主要分两大类结构化网格和非结构化网格，对于运动的几何体还有动网格法，结合不同的应用情况网格的划分也不同，进而进行不同运算