軸流ファンの設計原理

空調用ファンの性能における低風圧と使用時の大風量・低騒音の要求との矛盾に鑑み、本研究では空調用として優れた性能を有する軸流ファンの試作機を比較研究機種として選定した。湾曲したスイープデザイン。試作機の基本構造：羽根車外径409mm、羽根車径120mm、羽根比0.29、羽根枚数4枚、流量2220m3/h、静圧20Pa、回転数880r/min。新ファンの設計は流量確保を前提とし、ファン内部の流量分布を改善して騒音を低減することに重点を置いています。
新しいファンの設計は、最先端の曲げ技術と CFD/CAD カップリングを使用した、これまでの流体力学研究と既存の準 D 設計手法に基づいています。{0}典型的なプロトタイプの風車の構造特性は CAD によって推定され、商用ソフトウェア FLUENT を使用して完全な 3D CFD 計算が実行され、外部および内部の流れ特性が検査され、実験結果と比較および分析されます。従来の方法を使用して準-3D羽根車の予備設計を作成し、CFD計算を実行してその外部および内部の流れ特性を検査します。プロトタイプファンと新しいファンの CAD/CFD 結果が比較および分析され、初期設計の関連パラメータが調整されて、より優れた空力レイアウト計画が達成されます。 CFDを使用して調整後のファンの性能を予測し、計算結果に従って関連パラメータをさらに調整して、ファンをさらに最適化します。
さらに、翼弦長、翼取り付け角度、翼キャンバー角、翼形中央円弧線などのパラメータを設計時に考慮する必要があります。これらのパラメータは最適化され、互いに合理的に一致するため、ファンの空力音響性能が向上します。
以上のことを考慮して、新型ファンの基本構造はファン外径408mm、羽根車径100mm、羽根車比0.245、羽根枚数4枚としました。 、ブレード先端/ブレード根元弦長は 276/80 mm、前方曲げ角は 44 度、前方スイープ角は 20 度です。
同じ室外機において、試作ファンと新しいファンをそれぞれ数値シミュレーションしました。実機は適宜簡略化して計算しており、熱交換器、吹出口グリル、モーターおよびそのブラケットの影響は考慮せず、サイドインレットを考慮しています。
有限体積法を用いて制御方程式を離散化し、室外機全体の3次元定常流れ場を陰的に解きます。計算にはSpalart-Almアーク乱流モデルが使用され、対流項は二次風上差分形式を採用し、圧力と度の結合は標準SIM PLEアルゴリズムによって解決されます。
ファン システムの複雑さのため、計算ドメイン全体で非構造化グリッドが使用され、グリッドの総数は 110 x 104 です。インペラが配置されている領域は回転領域として定義され、多数のグリッドがあります。圧力境界条件は入口と出口の両方に使用されます。入口は大気圧条件であり、出口には異なる背圧が与えられます。各計算の残差値が 1 x 10-3 未満の場合、計算は収束したと見なされます。