重型汽车发动机冷却风扇性能的CFD分析与优化

论文摘要

本文是结合项目组承担国家“十一五”“863”项目“重型商用车驾驶室的开发”进行的。本文介绍了噪声的危害和发动机冷却风扇噪声的分类,分析了风扇噪声的影响因素,总结了汽车发动机冷却风扇噪声的国内外研究现状,阐述了汽车冷却风扇气动性能CFD分析和气动声学CAA分析的基本理论,指出了发动机冷却风扇的降噪必须以确保发动机冷却性能(风扇流量)为前提条件。结合风扇台架试验方法,在GAMBIT中建立风扇的CFD仿真分析模型,用CFD方法和FLUENT软件对该风扇的流场和声场进行仿真模拟。将仿真分析结果和风扇出厂标定试验值进行比较,表明仿真结果是可信的。本文从所研究风扇的实际出发,选取五个影响风扇性能的参数:转速、叶片数、轮毂比、叶片安装角度和叶片形状,通过用FLUENT软件对各参数下风扇的质量流率和噪声进行了仿真分析,并以图表的形式总结分析了各因素对风扇性能的影响。在此基础上确定了风扇结构和尺寸的优化设计参数,在CATIA软件中建立了优化后风扇的三维实体模型,对其性能进行了仿真计算。仿真分析表明,优化后风扇的质量流率和噪声均有有一定程度的改善,质量流率由原来的5.221kg/s增加到5.703kg/s,提高了9.23%,噪声降低了4.48dB(A)。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 发动机冷却风扇噪声分类与产生机理
• 1.2.1 离散频率噪声
• 1.2.2 宽带噪声
• 1.3 发动机冷却风扇噪声的影响因素
• 1.3.1 风扇结构尺寸参数对风扇噪声的影响
• 1.3.2 风扇环境对风扇噪声的影响
• 1.4 汽车冷却风扇噪声性能的国内外研究现状
• 1.4.1 轴流式风扇（风机）噪声性能的国内外研究现状
• 1.4.2 国内外汽车发动机冷却风扇噪声性能研究现状
• 1.5 改善发动机冷却风扇噪声性能的策略
• 1.6 发动机冷却风扇噪声研究方法
• 1.6.1 动机冷却风扇噪声研究现状
• 1.6.2 发动机冷却风扇噪声研究方法
• 1.7 论文的主要研究内容和意义
• 第2章 计算流体力学和气动声学基本理论
• 2.1 计算流体力学CFD 基本理论
• 2.1.1 计算流体力学简介
• 2.1.2 流体力学控制方程
• 2.1.3 计算流体力学（CFD）的控制方程离散
• 2.1.4 流场数值计算的SIMPLE 方法
• 2.1.5 湍流的数值仿真方法
• 2.1.6 CFD 软件—FLUENT 介绍及应用
• 2.2 气动声学CAA 仿真基本理论
• 2.2.1 气动声学的发展演变
• 2.2.2 气动声学基本理论
• 2.2.3 气动噪声声源的分类
• 2.2.4 气动噪声的预测
• 2.2.5 LES 大涡模拟的运动方程
• 2.2.6 FW-H 方程的时域解法
• 2.2.7 LES 大涡模拟与FW-H 方程相匹配
• 2.3 本章小结
• 第3章 发动机冷却风扇性能试验和CFD 仿真分析
• 3.1 发动机冷却风扇性能试验
• 3.1.1 汽车冷却风扇性能试验和噪声试验装置
• 3.1.2 汽车冷却风扇的性能计算
• 3.2 发动机冷却风扇的CFD 仿真分析
• 3.2.1 发动机冷却风扇的CFD 建模与仿真分析
• 3.2.2 发动机冷却风扇CFD 仿真结果与试验结果对比分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 影响风扇性能的主要参数及其优化设计
• 4.1 影响风扇性能的主要参数及其仿真分析
• 4.1.1 转速的影响
• 4.1.2 叶片数的影响
• 4.1.3 轮毂比的影响
• 4.1.4 叶片安装角度的影响
• 4.1.5 叶片形状的影响
• 4.2 风扇的优化设计
• 4.2.1 影响风扇性能诸因素的仿真结果总结
• 4.2.2 风扇的优化设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 全文总结及工作展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 摘要
• Abstract