اصل طراحی فن جریان محوری

با توجه به تناقض بین فشار هوای پایین در عملکرد فن های تهویه مطبوع و نیاز به حجم زیاد هوا و صدای کم در استفاده، این مطالعه یک نمونه اولیه فن جریان محوری با عملکرد عالی برای تهویه مطبوع را به عنوان یک مدل تحقیق مقایسه ای انتخاب کرد. طراحی منحنی جارو شده ساختار اولیه نمونه اولیه: قطر خارجی پروانه 409 میلی متر، قطر پروانه 120 میلی متر، نسبت پروانه 0.29، تعداد پره ها 4، سرعت جریان 2220 متر مکعب در ساعت، فشار ساکن 20 پاسکال، سرعت 880r/min. طراحی فن جدید مبتنی بر اطمینان از سرعت جریان است، با تمرکز بر بهبود توزیع جریان داخلی فن برای کاهش نویز.
طراحی فن جدید بر اساس تحقیقات قبلی دینامیک سیالات و روش‌های طراحی شبه{0}D موجود، با استفاده از فناوری خمش لبه‌های پیشرو و کوپلینگ CFD/CAD است. ویژگی های ساختاری نمونه اولیه چرخ باد معمولی توسط CAD تخمین زده می شود و نرم افزار تجاری FLUENT برای انجام محاسبات کامل CFD سه بعدی برای بررسی ویژگی های جریان خارجی و داخلی آن و مقایسه و تجزیه و تحلیل با نتایج تجربی استفاده می شود. روش مرسوم برای ساختن یک طراحی اولیه پروانه شبه D استفاده می شود و محاسبات CFD برای بررسی ویژگی های جریان خارجی و داخلی آن انجام می شود. نتایج CAD/CFD فن نمونه اولیه و فن جدید با هم مقایسه و تجزیه و تحلیل می‌شوند و پارامترهای مربوطه طراحی اولیه برای دستیابی به طرح چیدمان آیرودینامیکی بهتر تنظیم می‌شوند. CFD برای پیش بینی عملکرد فن پس از تنظیم استفاده می شود و پارامترهای مربوطه مطابق با نتایج محاسباتی برای بهینه سازی بیشتر فن تنظیم می شوند.
علاوه بر این، پارامترهایی مانند طول وتر تیغه، زاویه نصب تیغه، زاویه کمبر تیغه و خط میانی قوس ایرفویل باید در طراحی در نظر گرفته شوند. این پارامترها برای بهبود عملکرد آیرودینامیکی-آکوستیک فن بهینه شده و به طور منطقی با یکدیگر مطابقت دارند.
با در نظر گرفتن عوامل فوق، ساختار اصلی فن جدید طراحی شده است: قطر خارجی فن 408 میلی متر، قطر پروانه 100 میلی متر، نسبت پروانه 0.245، تعداد پره ها 4 می باشد. طول وتر نوک تیغه/ریشه تیغه 276/80 میلی متر، زاویه خمش به جلو 44 درجه و زاویه حرکت رو به جلو 20 درجه است.
در همان واحد خارجی، نمونه اولیه فن و فن جدید به ترتیب شبیه سازی عددی شده اند. ماشین واقعی به طور مناسب در محاسبه ساده شده است و تأثیر مبدل حرارتی، توری خروجی، موتور و براکت آن در نظر گرفته نمی شود، اما ورودی جانبی در نظر گرفته می شود.
روش حجم محدود برای گسسته کردن معادلات کنترل استفاده می شود و میدان جریان ثابت سه بعدی کل واحد خارجی به طور ضمنی حل می شود. مدل تلاطم قوس Spalart-Alm برای محاسبه استفاده می‌شود، اصطلاح همرفت فرمت اختلاف درجه دوم در جهت باد را اتخاذ می‌کند، و جفت فشار درجه با الگوریتم استاندارد SIM PLE حل می‌شود.
با توجه به پیچیدگی سیستم فن، کل حوزه محاسباتی از شبکه های بدون ساختار استفاده می کند و تعداد کل شبکه ها 110×104 می باشد. ناحیه ای که پروانه در آن قرار دارد به عنوان منطقه چرخشی تعریف می شود که دارای تعداد زیادی شبکه است. شرایط مرزی فشار هم برای ورودی و هم برای خروجی استفاده می شود. ورودی شرایط جوی است و فشارهای برگشتی متفاوتی به خروجی داده می شود. وقتی مقدار باقیمانده هر محاسبه کمتر از 1 x 10-3 باشد، محاسبه همگرا در نظر گرفته می‌شود.