发动机冷却风扇降噪方法研究及结构改进设计

摘要

随着发动机的高功率化发展，需要冷却系统带走的热量增多；而随着发动机前舱布置的零件越来越多，留给冷却系统的空间却非常有限。提高冷却系统散热量最直接的方法是提高冷却风扇的转速；而随着转速的提高，冷却风扇的噪声明显增加。解决好冷却风扇气动性能与噪声性能之间的矛盾关系，是提升冷却风扇性能的关键所在。由于风扇叶片形状对其性能有决定性影响，研究冷却风扇叶片结构的设计具有重要的意义。
　　本文基于流体力学和气动声学的理论基础，以企业提供的某乘用车发动机冷却风扇为研究对象，在不改变其他结构特征的前提下，对叶片结构对风扇气动性能与噪声性能的影响规律及优化设计展开深入的研究。
　　定义冷却风扇平面叶型中弧线和厚度曲线的基本参数，建立冷却风扇的参数化模型；建立冷却风扇的流场及声场计算模型，采用CFD（Computational Fluid Dynamics）/CAA（Computational Aerodynamic Acoustic）耦合仿真的方法对其气动性能与噪声性能进行模拟；将冷却风扇气动性能与噪声性能试验结果与其参数化模型仿真结果进行对比，验证了该参数化建模方法与仿真方法的准确性。
　　以平面叶型结构参数为试验因素，风量和噪声值为评价指标，安排正交试验，研究叶片平面叶型结构参数对冷却风扇性能的影响规律。结果发现弦长B0和最大相对挠度Fmax对风扇噪声性能影响显著。并借助响应面优化设计方法，得到叶片平面叶型优化方案，在满足风量要求的前提下，监测点处噪声值降低了5.1%。
　　为了进一步降低冷却风扇的气动噪声，本文提出了一种新型的冷却风扇结构方案，即在最佳叶型风扇叶片吸力面上设置凸起的楔形结构。以楔形结构参数为试验因素，安排正交试验，研究楔形结构参数对冷却风扇性能的影响规律。结果显示，楔形结构的数量n和夹角?对风扇噪声性能影响最大；选择楔形结构的优化方案，与未设置楔形结构的冷却风扇相比，风量略有增加，噪声值降低了8.8%，为未来低噪声高性能冷却风扇的开发和设计提供了一定的依据。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 冷却风扇流场力学与气动噪声理论基础

2.1 计算流体动力学基本理论

2.2 混合计算气动声学理论基础

2.3 冷却风扇噪声概述

2.4 本章小结

第三章 冷却风扇气动性能与噪声性能分析

3.1 冷却风扇试验介绍

3.2 冷却风扇流场仿真计算

3.3 冷却风扇气动噪声预测

3.4 本章小结

第四章 平面叶型参数化设计及降噪研究

4.1 基本术语介绍

4.2 冷却风扇参数化设计方法及验证

4.3 平面叶型参数对冷却风扇性能影响

4.4 平面叶型参数优化设计

4.5 平面叶型对风扇性能影响机理分析

4.6 本章小结

第五章 新型冷却风扇结构设计及降噪研究

5.1 冷却风扇新型结构

5.2 楔形结构参数对冷却风扇性能影响

5.3 楔形结构对风扇性能影响机理分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文内容总结

6.2 不足与展望

参考文献

致谢

在校期间发表的学术论文及其他科研成果