发动机冷却风扇的性能计算与叶片应力分析

论文摘要

发动机冷却风扇是车辆冷却系统的重要组成部分。风扇的性能直接影响着发动机的散热效果进而影响着发动机的性能。随着技术的进步以及人们环保意识的不断加强,市场对冷却风扇的性能也提出了更高的要求。冷却风扇的设计往往是在不断的试制、试验、改进、再试制的过程中完成。为了改善这一设计现状,降低冷却风扇研发的时间成本和经济成本,本文结合CFD分析与流固耦合分析建立了一套风扇性能与应力计算方法,以期在风扇设计中通过数值计算来指导风扇的性能与强度设计。作为理论基础,本文介绍了轴流风扇的翼型与叶栅参数,并对两者的空气动力特性进行了详细的说明。之后简单介绍了冷却风扇的性能测试系统与测试流程并结合测试系统对冷却风扇的气动性能参数进行了详细的介绍。建立CFD模型分析风扇的性能。文中对CFD的基本理论、计算方法及CFD中使用的湍流模型进行了介绍。在此基础上使用Fluent建立了单个叶片的CFD分析模型分析一款风扇的气动性能。通过将CFD计算结果与风扇性能试验的结果进行对比之后得出结论:CFD技术能够有效的对风扇性能参数进行预测,从而为风扇的设计提供参考与指导。建立流固耦合模型分析风扇的应力。本文研究了流固耦合的基本理论,包括流固耦合问题的分类、处理方法和流固耦合计算的核心问题。在此基础上,使用Adina软件建立了风扇与流场的耦合模型以分析风扇在离心力和空气压力作用下的应力与变形情况,分析的结果良好地反映了风扇的受力情况,表明了通过耦合分析来了解风扇转动时的应力分布能够为风扇的结构强度设计提供良好的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 发动机冷却风扇设计理论的发展
• 1.3 CFD在风扇性能计算中的应用
• 1.4 流固耦合分析的研究现状
• 1.5 研究内容及意义
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究意义
• 第二章 发动机冷却风扇的工作原理及性能参数
• 2.1 引言
• 2.2 风扇的工作原理
• 2.2.1 翼型和叶栅参数
• 2.2.2 翼型的空气动力特性
• 2.2.3 叶栅的空气动力特性
• 2.3 风扇的性能参数
• 2.3.1 风扇性能测试系统简介
• 2.3.2 风扇的气动性能参数
• 2.4 本章小结
• 第三章 发动机冷却风扇的性能计算
• 3.1 引言
• 3.2 CFD的基本理论及CFD软件
• 3.2.1 CFD理论及计算方法
• 3.2.2 湍流模型及其数值模拟方法
• 3.2.3 CFD软件简介
• 3.3 风扇气动性能的计算
• 3.3.1 数模处理与网格划分
• 3.3.2 模型定义与结果获取
• 3.3.3 计算结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于流固耦合的冷却风扇应力分析
• 4.1 引言
• 4.2 流固耦合的基本理论及流固耦合分析软件
• 4.2.1 流固耦合问题的分类及处理方式
• 4.2.2 流固耦合计算的核心问题
• 4.2.3 流固耦合分析软件简介
• 4.3 风扇应力的耦合分析
• 4.3.1 数模处理及网格划分
• 4.3.2 流固耦合模型定义
• 4.3.3 计算结果分析
• 4.4 本章小结
• 全文总结与展望
• 全文总结
• 研究工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件