基于全三维流场分析的微小型轴流风扇优化设计系统的设计实现

摘要

微小型轴流风扇主要应用于计算机、电子仪器仪表等电子元器件的散热和通风。随着计算机运行速度的提高,其发热量也增加,从而对轴流风扇的性能提出了更高的要求。本文结合轴流风扇设计、流场计算、优化算法等理论构建了微小型轴流风扇优化设计系统,为微小型风扇的优化设计提供方法,改善了微小型风扇的设计沿用大型风扇的设计方法所带来的在有些工况下性能达不到要求的问题,具有一定的理论意义和工程应用意义。主要研究内容包括：
　　 ⑴风扇设计模块的功能是根据用户提出的参数,运用孤立叶型法进行计算,得到风扇三维模型,并对风扇叶片进行灵活度很高的调节。三维模型以prt和igs文件进行保存,供前处理模块调用。
　　 ⑵前处理模块将风扇设计模块得到的igs文件导入,设置旋转流体区、管道区、进口延长段和出口延长段的直径、高度以及网格大小等参数,调用Gambit进行网格划分,结果以msh文件进行保存,供流场计算模块调用。
　　 ⑶流场计算模块将前处理模块得到的msh文件导入,设置风扇边界条件、旋转速度、湍流动能、松弛系数、迎风格式、收敛误差等参数,调用Fluent进行流场计算,并将计算结果以cas和dat的文件进行保存。
　　 ⑷风扇优化模块采用遗传算法对风扇轮毂比、安装角、翼型弯度、叶顶间隙、弦长等进行优化。采用Fluent计算结果作为目标函数值,并对其进行非负和最大化处理得到适应度值。采用Fluent计算结果作为目标函数值可以保证计算精度,得到可靠的优化结果。
　　 ⑸以C++和Open GRIP为开发语言,采用模块化设计方法,四个模块可独立进行编程和调试,从而方便对其进行升级和维护。风扇设计模块、前处理模块和流场计算模块可单独使用,也可以与风扇优化模块串联进行风扇优化。在风扇优化过程中,各模块之间采用文件形式进行通讯。
　　 ⑹在提出轴流风扇设计目标后,通过系统四个模块之间的调用,可实现轴流风扇的设计、网格划分、流场计算及优化,最终得到性能最优的轴流风扇并输出风扇三维模型和流场信息。