1. 研究目的与意义
科技的进步,带动着电子产品的功能越强,价格也越便宜,个人电脑的普及,已使得各项工作几乎都与电脑离不开关系。在使用电脑方面,最重要的莫过于cpu的快速运算功能,但是速度高相对产生的温度就容易升高,噪音也大,为了能有效的排出热量,最有效的当属于电子散热风扇。按照风扇功能的不同,种类分为许多。而单级轴流风扇在个人电脑冷却、散热中应用最为广泛。轴流风扇利用强制对流方式,将电子元件降温冷却,以保持整个系统的正常工作。因此设计制造出体积小、效率高、噪音低、耗电量小的机箱散热风扇,是一项非常重要的课题。
随着计算技术的发展,在流体机械领域,计算流体动力学(cfd)已成为分析流体流动性质的一个个重要工具。cfd是一种用于预测和分析复杂流体流动性质的计算技术,包括对各种类型的流体在各种速度范围内的复杂流动在计算机上进行数值模拟的计算。之所以要使用cfd,通常基于三点:cfd对设计有很强的理解和可视能力,因而cfd的分析能够展示别的手段所不能揭示的系统的性质和现象;一旦给定问题的参量,cfd能够快速给出想要的结果,这样就可能在很短的时间内调整设计问题的参数,得到最好的优化结果;采用cfd是一种十分经济的做法。目前在航空、航天、汽车、透平机械等工业领域,利用cfd进行的反复设计、分析、优化已成为标准的必经步骤和手段。
fluent是目前国际上比较流行的通用cfd软件,用来模拟从不可压缩到中等程度可压缩乃至高度可压缩范围内的复杂流动。fluent软件灵活、强大的算法和专用于流体机械领域的网格技术使得fluent软件在流体机械方面有广泛的应用,如可应用于航空发动机中的压气机、涡轮,工业上的燃气轮机、蒸汽轮机、水轮机、泵、风扇、空气压缩机、螺旋桨等。fluent软件在风机行业也具有广泛的应用前景,在其2002年新推出的fluent6.2版,进一步完善了风机建模、网格技术、数值算法、物理模型和可视化技术等方面的功能。可以对各种形式的风机进行流场分析和研究,能够准确地预测出风机的性能和噪音水平,同时,fluent软件也能计算整个通风系统的管道、阀门以及通风口等部件和系统的流动情况。
2. 国内外研究现状分析
风扇的研究起步于上世纪80年代,相比于应用广泛的大型风机来说,风扇的研究就要滞后很多。美国学者Quin D通过实验研究了雷诺数对小型轴流风扇性能的影响研究表明雷诺数对风扇性能影响并不大,在此基础上,作者提出了一种新的可以对任何尺寸轴流风扇进行三维线性扩展方法。口本学者Toru Shigemitsu等人对原有的轴流风扇模型进行改变,增加了一个反转风扇模型,采用CFD对其进行数值模拟,分析了修改后风扇的内部流动、压力分布、速度分布及风扇性能等特性。GR工MES R等人对不同轮毅比风扇进行了实验研究和理论分析,并在此基础上提出了小型轴流风扇最佳轮毅比的设计方法。李杨,欧阳华等对不同周向前弯角度的轴流风扇进行研究,结果表明:前弯角度对叶顶泄漏流动的影响较大,随着叶片周向前弯角度的增加,叶顶泄漏涡有起始位置沿叶弦朝叶片后缘移动,当前弯角达到一定角度以后,泄漏涡受到叶片尾迹影响而逐渐减弱。王企鲤、陈康民采用径向平衡原理运用计算流体动力学技术详细地研究了变环量指数a对小型散热风扇气动性能的影响,发现在满足约束条件下降低变环量系数能增加风扇气动性能,有助于提高其散热能力,等人研究了掠叶片对风扇性能的影响改变,对其进行数值模拟,并提出了小型散热风扇扭叶片的设计方法。他们将原始轴流风扇进行前掠10和后掠10。的前掠叶片有助于增加风扇流量,降低流动损失;后掠叶片会减少风扇做功,增大流动损失。
3. 研究的基本内容与计划
1. 安装计算流体动力学前处理软件gambit2.1.6、计算流体动力学商用软件fluent2.1.66(也可以安装ansys fluent12.0)
2. 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。
3. 熟悉fluent界面和操作。 (3月份完成)
4. 研究创新点
现在市面上还没有出现机箱用的并连风扇,一般2个前置风扇位的机箱都是安装两个单独的风扇,所以通过这次毕业设计,我想尽量完善目前对机箱双风扇研究的不足,对其的数值模拟计算有一个好的了解。
掌握对cfd软件的创新型应用。
利用cfd软件来进行双风扇的图像,数值的处理。
