低噪声发动机冷却风扇叶片研究与优化设计

摘要

汽车的智能化、网络化，使得汽车零部件越来越完备，电子元器件等零部件的安装，导致前舱的布置更加复杂和紧凑，布置冷却系统的空间有限。同时，人们对动力性能的追求，使得发动机功率不断提高，增大了冷却系统的工作负荷，从而导致噪声的增大。通过研究冷却风扇的工作机理，发现叶片叶型对于冷却风扇的噪声性能产生直接影响。 本文基于气动声学与流体力学的相关理论，针对某发动机冷却风扇，系统分析了冷却风扇的流场、噪声的仿真方法，并将仿真结果与试验结果对比，验证了仿真方法的可行性，从而对冷却风扇叶片结构的优化设计提供依据。 本文介绍了Bezier曲线的相关内容，基于 Bezier曲线建立冷却风扇的参数化模型；之后，建立了冷却风扇参数化模型的声场模型和流场模型，对冷却风扇的噪声性能、气动性能进行仿真；对比分析参数化模型的仿真结果与原模型的仿真结果和试验结果，从而证实本文建立冷却风扇参数化模型的适用性，也为其他轴流机械的参数化设计提供依据。 以五个不等截面为试验因素，分别以内弦长、最大相对半径和最大相对挠度为试验水平，同时选定进风口处监测点噪声总声压级、冷却风扇标准风量作为评价指标；安排正交试验，研究内弦长、最大相对挠度和最大相对半径在不等截面上的变化对冷却风扇性能的影响规律；在正交试验结果的基础上进行 Box-Behnken试验设计，在保证风量不小于原始风量的前提下，以噪声值最低为目标，引用RSM方法求算回归方程，从而确定叶片最优的结构参数，噪声值缩减了4.6%。 为了进一步降低噪声，本文设计了新型冷却风扇叶片结构，即波浪型叶片结构风扇。以波浪型结构参数为试验因素，安排正交试验，研究波浪型的叶片结构对冷却风扇整体性能的影响规律和作用机理。相较于非波浪型结构的冷却风扇，监测点的噪声值缩减 8.4%，同时风量略有增加，整体达到设计目标，具有实践开发的价值，能够为工业上生产高性能低噪声的冷却风扇提供理论依据。

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