所属领域：机械设计

研究目的：流体机械、化工过程机械（叶轮、螺旋桨、泵等）结构设计及优化（叶片、流道等），实现流体机械的高性能、高效率工作；流体机械降噪设计，降低生产状态噪音水平。

目前开发阶段：原型/中试产品

成果简介：

本成果可基于流体动力学理论、优化设计理论与 CFD 方法，建立参数化三维模型，对各类流体机械开展三维流场数值模拟和性能预测，对流体机械（叶轮、泵等） 的结构开展优化设计；可以依据减噪降噪技术，采用 CFD 方法对流体机械开展噪声分析和优化，降低机械工作噪音。本成果可广泛应用于叶轮、螺旋桨、涡轮、流道等流体机械及化工过程机械领域。

  已开发完成的“车辆用无刷直流风机叶轮”主要用于高端乘用和工程车辆的空调系统及发动机冷却系统，要求结构紧凑、大风量、高效率，并解决风扇气动性能与噪声性能之间的矛盾关系。本成果基于流体力学和气动声学的理论基础，以企业提供的风机叶轮原型为研究对象，在企业规定的可变结构参数下，开展了叶片结构对气动性能与噪声性能影响规律的研究并对其开展优化设计。本成果改进经典翼型并定义了平面叶型中弧线和厚度曲线的基本参数，建立叶轮的参数化模型（如图 1 所示）。

图 1 车辆用无刷直流风机叶轮参数化模型

  本成果建立叶轮的流场及声场计算模型（如图 2 所示），采用 CFD/CAA 耦合仿真的方法，对其气动性能与噪声性能进行模拟；将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。根据研究结果，提出了一种新型风机叶轮结构。经企业产品实验验证，所涉及的叶轮结构性能优于既定的设计目标。

图 2 车辆用无刷直流风机叶轮流场仿真

  本成果的风机叶轮具有结构紧凑、转速小、风量大、效率高和噪音低等突出优点，可广泛用于车辆、电气和生产线等高端领域，市场需求大，应用前景广阔。目前已与江苏沃尔森电子科技有限公司合作进行研发和推广，并处于中试阶段（如图 3 所示）。

图 3 车辆用无刷直流风机叶轮样机及测试