發(fā)動機冷卻風(fēng)扇氣動性能CFD仿真分析與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、發(fā)動機冷卻風(fēng)扇是汽車?yán)鋮s系統(tǒng)中的重要部件之一，是發(fā)動機運行的穩(wěn)定性和可靠性的重要保證。傳統(tǒng)經(jīng)設(shè)計后再試驗研究性能的方法裝置復(fù)雜、耗時長、成本高、耗費大量人力物力，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)計和優(yōu)化逐漸成為研究的熱點。
　　本文對某企業(yè)提供的一款風(fēng)扇產(chǎn)品進行了風(fēng)道試驗研究。介紹了風(fēng)道試驗臺的結(jié)構(gòu)與原理、試驗方法與步驟、數(shù)據(jù)計算處理方法;試驗測量了此冷卻風(fēng)扇的靜壓、軸功率、流量、靜壓效率等氣動性能參數(shù)

2、，繪制了性能曲線，并對試驗結(jié)果數(shù)據(jù)與性能曲線進行了討論分析。利用CFD流體分析軟件Fluent對風(fēng)扇進行了CFD仿真分析，得到靜壓、功率及靜壓效率的仿真值，然后與其試驗值進行對比，多數(shù)工況點誤差均不超過3％，仿真性能曲線與試驗性能曲線貼近且趨勢相同，驗證了CFD仿真的精確性和可靠性。
　　為了風(fēng)扇模型的更進一步優(yōu)化，對風(fēng)扇模型實行了參數(shù)化重構(gòu)。將沿葉高方向分布的12個截面的平面葉型使用NURBS曲線進行重構(gòu)，得到弦長、吸力面厚度、

3、壓力面厚度及葉型安裝角等4組參數(shù)，對葉型前緣積疊線的彎掠規(guī)律進行參數(shù)化，得到7個周向控制參數(shù)和6個軸向控制參數(shù)。在三維CAD軟件CATIA中實現(xiàn)風(fēng)扇參數(shù)化造型。并運用Matlab對葉型安裝角參數(shù)進行二項式擬合，減少控制參數(shù)數(shù)量。對參數(shù)化模型進行CFD仿真計算，并將其氣動性能參數(shù)與原模型仿真值進行對比，結(jié)果顯示多數(shù)工況點的二者誤差絕對值不大于3％，驗證了參數(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行CFD分析與優(yōu)化設(shè)計。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)計變量，同時其修改的方便性也大大提高了優(yōu)化設(shè)計的效率。
　　在iSIGHT平臺下集成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)動機冷卻風(fēng)扇優(yōu)化設(shè)計平臺，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個周向控制參數(shù)為設(shè)計變量，建立響應(yīng)面近似模型，運用NSGA-Ⅱ算法對冷卻風(fēng)扇進行優(yōu)化設(shè)計研究。將得到的優(yōu)化模型進行CFD仿真分