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基于FLUENT的涵道风扇空气动力特性计算

基于FLUENT的涵道风扇空气动力特性计算

基于FLUENT的涵道风扇空气动力特性计算摘要利用流体力学计算软件FLUENT对涵道风扇系统的空气动力特性进行初步计算,主要集中在涵道风扇系统迎角较小(0到30度)的情况。

由于实际模型的复杂性和实际计算受计算机能力的限制,对实际的几何模型进行简化,即将风扇简化为一个无限薄的作用面,然后利用FLUENT提供的的FAN边界条件来模拟风扇前后的压力突越。

最后的数值计算结果与实验值进行对比,两者符合的较好。

关键词涵道风扇;数值模拟;FLUENT;CFD中图分类号V211.3文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)061-0108-01涵道与风扇之间复杂的相互作用是计算涵道风扇系统气动力时遇到的主要问题。

轴流状态时,由于流过涵道风扇的气流是轴对称的,涵道风扇的空气动力的计算相对来说比较简单。

对于轴流状态,参考文献中给出了一种简单有效计算方法。

当涵道风扇系统相对来流有迎角时,尚未有很好的理论方法来计算其气动特性。

目前对于涵道风扇的气动特性的研究主要有两种途径,一是实验研究,二是CFD,这两者常常结合起来使用,互为补充。

本文应用FLUENT对参考文献中的涵道风扇实验模型进行数值计算,然后将数值计算结果与文献中的实验结果进行对比。

1计算模型简化在进行数值模拟前,首先要根据实际问题建立合理的数值计算模型。

本文没有对原实体模型进行完整的建模,而是作了适当的简化。

简化的主要原因是由于涵道风扇系统的完整模拟计算需要大量的计算量。

本文的简化主要在以下方面: 将风扇简化为一个无限薄的作用盘,即忽略风扇的几何特征,然后根据实验的风扇推力值设置作用盘前后表面的的压力差。

此外在本文中忽略风扇诱导的周向和径向诱导速度。

相应于几何模型的简化,本文还用了比较简单的层流模型。

2计算过程本文计算了原始唇口模型,风扇转速8000rpm,来流速度为30m/s,系统迎角分别为0o、10o、20o、30o几种典型情况。

虽然初始网格密度已经足够大了,但是为了使计算结果更准确,进行网格局部加密是必要的。

Fluent_软件对风扇的模拟分析

Fluent_软件对风扇的模拟分析

24
15.求解结果后处理过程
显示压力分布云图：选择displaycontours…(如图52），在弹出的对话框中的 surfaces中选择需要查看压力的面（如图53），点击display在弹出的图形窗口查 看显示结果。
计算来研究非定常问题的目的。在采 用MRF方式处理旋转流动机械问题时 ，需要建立一个包围转动部件的圆形 （2D）或者 旋转体(3D)的流体区域。 并建立转动部件和其他流体区域的网 格连接使得流动信息能够传递到其它 区域。
AVC Confidential
图29
14
9.边界条件的设定
扇叶面的边界条件：定义扇叶壁面为移动壁面，转速和旋转流体区域相同，选择 相对速度为0的选项，如图30所示。在设定时要注意旋转轴的原点和方向，可以用 右手法则来判定旋转方向。设定好一个扇叶面后可以将此边界条件copy到其他相 同的扇叶面上，如图31选择copy…，然后再copy bcs面板中下的from zone选择 刚才设置的blade-dibu，在to zones选择其他的边界面，点击copy，完成操作（ 如图32）。
de

4 流通截面积
润湿周边

4 水力半径
图25
图26
AVC Confidential
12
9.边界条件的设定
设定压力出口边界条件：风扇模拟时需要将出口设定为压力出口边界。从zone中选 择选择表示入口的outlet（如图27），在type中选择pressure-outlet，在弹出的对 话框中设定如图28所示的边界条件。计算最大流量的时候出口当作一个大气压，湍 流指定方式设为intensity and hydraulic diameter。这里的压力指定是按照表压来 设定的，如果是一个大气压可以设为0。湍流为中等强度，即为5%。水力直径的指 定方式和压力入口相同。

FLUENT风扇分析

FLUENT风扇分析

定義邊界區域
定義邊界區域
定義邊界區域
定義邊界區域
定義邊界區域
存檔
匯出.msh檔
開啟FLUENT
檢查網格
定義尺度
1 3 2
調整網格
定義單位
定義單位
紊流模組
設定邊界條件
設定邊界條件
設定邊界條件
設定邊界條件
設定邊界條件
設定數值方法及鬆弛因子
初始化流場
設定監測視窗
Gambit -
風扇分析
Gambit 操作步驟
1. 選擇分析軟體（Solver） 2. 修改內定值(Edit-Default) 3. 建立點→線→面→體積 4. 建立網格 5. 定義邊界條件、流體或固體 6. 檢視格點 7. 存檔離開(save file and export mesh)
範例 1：AXIS 4015
( ) f
=0
ρ0
r
U& n + 1− M
U n&
2
r
dS +
ρ
0U
n
f =0
rM& r + a0 M r − M 2
r 2 (1− M r )3
dS
∫ ∫ 4πp′L (x,t) =
1 a0
f
=0
r
(1
L&r −M
r
)2
dS
+
f
=0
r
Lr
2 (1
− −
LM Mr
)3
dS
建立旋轉流體區
建立管道部分
• Operation
↓
GEOMETRY COMMAND BUTTON

基于Pro_E_Fluent软件的风机叶片造型及分析

基于Pro_E_Fluent软件的风机叶片造型及分析

W ind Turbine B ladeM odeling and Analysis Based on Pro /E and Fluent
CUI Yan- b in , YAO Z hi- gang ( N orth Ch ina E lec tric P o w er U n iv ers ity , Baoding 071003 , Ch ina)
UGNX4 . 0 环境下的三环减速器虚拟装配的方法, 实现了三环减速器参数化虚拟装配, 为产品分析 与优化提供实体模型 。 关键词 : 三环减速器 ; 参数化设计 ; 虚拟装配 中图分类号 : TP132 文献标志码: A 文章编号: 1003- 0794( 2009) 02- 0193- 02
Param eterized V irtual A ssembly of Three- ring R educer
( 1) 从 U I U C 风机坐标数据库或者 profili软件 中取得翼型数据 ( x 0, y 0 ) ( 2) 求解翼型以气动中心为原点、 翼型前后缘 连线为 x 轴的二维坐标 ( x 1, y 1 ), 设气动中心坐标为 ( p, q ) , 则有 ( x 1, y 1 ) = (x 0, y 0 ) - ( p, q ) ( 3) 对于不同的叶素面有其对应的比例因子 , 则该面上的各离散点的实际坐标为 ( x 2, y 2 ) = (x 1, y 1 ) ∀ 以上是对于某一个特定的点进行的计算 , 要对 取得的叶片点坐标文件中的一系列点进行操作 , 可 利用 Ex cell软件的智能拖动完成对应的计算 , 将计 算完成的点坐标文件先保存为文本文件, 然后再另 存为 . pts文件 :
Abstract : W ind turb in e blade is designed w ith the G lauert vortex theory and m odeled w ith 3- D soft w are of P ro /E. G rid partition is done w ith G a m b it and b lade pneum at ic ana ly sis is fin ished on the soft w are o f F luen. t It takes an i m po rtant realist ic m eaning and pract ica l value. K ey w ord s : a irfo i;l w in d tu rbine b lade; settin g ang le 1 主要研究内容 P ro /E 是美国参数技术公司的重要产品。在目 前的三维造型软件领域中占有着重要地位 , 并作为 当今世界机械 CAD /CAE /CAM 领域的新标准而得 到业界的认可和推 广。 Gam b it是为 了帮助分析者 和设计者建立并网格化计算流体力学 ( CFD )模型和 其他科学应用而设计的一个软件包, 本身所具有的 强大功能以及快速的更新 , 在目前所有的 CFD 前处 理软件中稳居上游。 F lu ent用来模拟从不可压缩到 高度可压缩范围内的复杂流动 , 采用了多种求解方 法和多重网格加速收敛技术 , 因而能达到最佳的收 敛速度和求解精度。 首先提出一种在 P ro /E 环境下简单、 实用的造 型方法 : 获取翼型数据 ; 计算各截面 的弦长和安装 角 ; 进行点的坐标的变换, 算出叶片各叶素面的翼型 上下弦离散点的 坐标; 导 入坐标文件 , 形成各叶素 面 , 利用 P ro /E 软件先进、 快捷的 3D 造型功能完成 叶片立体图的绘制。其次, 利用 Gamb it软件进行网 格划分 , 在 F luen t软件中进行简单的气动特性分析。 2 叶片设计 2. 1 翼型数据获取 现代风力机通常是采用三叶片的上风或下风 结构。风力机叶展形状、 翼型形状与风力发电机的 空气动力特性密切相关。一台好的风力机应当尽量 191 增加升力而减小阻力 , 使之尽量趋于最大值 , 以增 加风力机的风能利用系数。叶片通常由翼型系列组 成, 常用的翼型有 NACA44xx 系列、 NACA644xx 系 列和 NACA230xx 系列等航空翼型; 专用翼型有美国 的 SER I翼型系列以及 NREL 翼型系列、 丹麦的 R IS 2A 系列翼型和瑞典的 FFA2w 系列翼型族。根据不 同的设计需要选取翼型。翼型数据及其气动性可参 考比较全面的 U I U C 风机坐标数据库或者 pro fili软 件、 中国气动力研究与发展中心的文献等。一般现 代风力发电机的叶片都制成螺旋桨式的 , 目的是让 整个叶片由根部到尖部各截面翼型的弦与对应处的 相对风速大致相同 , 并应使其 在最佳攻角值附 近。 使风力尽可能多地转换成叶片的升力 , 提高风机的 利用系数。 2 . 2 弦长和安装角计算 应用 G lauert 涡流理论设计风轮叶片 , 把叶片 分成若干叶素 , 分别对各叶素在最佳运行状态下进 行空气动力学计算。相关参数有风轮的半径 R、 叶 素的回转半径 r、 风轮的叶片数目 b、 叶尖速比 以 及最佳攻角 i, 升力系数 ( 不同的翼型所对应的最佳 攻角、 以及最 佳攻角处的升力系数都 可以在 profili 软件中或者通过空气动力学相关公式计算获得 ) 。 计算过程中用到的中间参数如下 = ( arctan ) /3+ 60

基于Fluent软件的发动机冷却风扇气动性能优化

基于Fluent软件的发动机冷却风扇气动性能优化

柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine 2020 年第4 期第26 卷（总第173 期）doi：10. 3969/j. issn. 1671-0614. 2020. 04. 006基于Fluent软件的发动机冷却风扇气动性能优化栗明，刘伦伦，高建红，曾超，张鲁滨(内燃机可靠性国家重点实验室/潍柴动力股份有限公司，潍坊261061)摘要采用C型风管式台架对某发动机冷却风扇气动性能进行试验，得到了该风扇的流量、静压及静压效率的试验数据；利用Fluent软件，对风扇流场进行仿真，得到相应的仿真结果。

将仿真结果与测试数据进行对比，结果显示两者差异基本在10%以内，满足工程分析要求：根 据风扇内部流场及叶片静压分布的仿真结果，提出了风扇结构优化方案优化后的风扇静压和静压效率均有明显提升。

关键词：发动机冷却风扇Fluent软件流场Optimization of Engine Cooling Fan Air Dynamic PerformanceBased on Fluent SoftwareLI Ming,LIU Lunlun,GAO Jianhong,ZENG Chao,ZHANG Lubin(State Key Laboratory of Engine Reliability/Weichai Power Co.,Ltd.,Weifang261061 ,China)Abstract：The air dynamic performance of mass flow rate,static pressure and static efficiency of an engine fan were obtained by testing with the C-type air duct system and by the simulation of fan flow field w ith the Fluent software.The difference between the simulation and test results was less than10% , which meets the engineering accuracy requirements.According to the simulation results of inner flows and pressure distributions on the fan blades,the fan structural 〇])tim ization was proposed,and the results showed that the optimized fan had higher static pressure and static efficiency.Key words：engine,cooling fan,Fluent software,flow field0 引言风扇是水冷式内燃机的重要组成部件，其消耗 的功率占发动机总输出功率的5%〜8%m。

利用FLUENT软件模拟地铁专用轴流风机二——弯掠组合翼型叶(精)

利用FLUENT软件模拟地铁专用轴流风机二——弯掠组合翼型叶(精)

文章编号:　1005—0329(2003)12—0011—03利用F LUENT软件模拟地铁专用轴流风机(二)———弯掠组合翼型叶片轴流风机杨东旭1,由世俊1,田　铖1,刘　洋1,谢乐成2,苗宏伟2,秦学志2(11天津大学,天津　300072;　21天津通风机厂,天津　300151)摘　要:　通过CFD模拟的分析结果与实测数据相结合,验证了弯掠组合翼型叶片的风机具有较高的风机性能,并且说明了采用变频控制的节能意义。

关键词:　弯掠组合翼型风机;CFD模拟;变频控制;风机效率中图分类号:　T U83414 文献标识码:　ACFD Simulation of Axial2flow F an in Subw ay by F L UENT Softw are(2)———Axial2flow F an with Curve2slide Aerofoil’s B ladeY ANG D ong2xu,Y OU Shi2jun,TI AN Cheng,LI U Y ang,XIE Le2cheng,MI AO H ong2wei,QI N Xue2zhiAbstract:　CFD analysis result and experiment result are utilized.A new fan which has relatively high fan performance is tested,and conversion control’s significance is illustrated.K ey w ords:　curve2slide aerofoil’s blade;CFD simulation;frequency conversion control;fan efficiency1　前言轴流风机叶轮的气动性能是决定风机性能的主要因素,而叶轮叶片的剖面形状又是决定风机性能的关键。

有关文献中已介绍了许多种翼型,其中最先进的莫过于航空上使用的飞机机翼翼型,因此对航空翼型的研究愈来愈引起人们的关注。

基于FLUENT软件的轴流风机设计初步研究


－２．
： 塑！！三些奎兰堡圭兰堡墼塞
一一流量Ｑ，压力Ｐ和初始翼型ＦＡＮｌｌＲ下，初步设计ｔＢ轴流风机的几何参 数：叶轮直径Ｄｆ、安装角ｐ。、转速ｎ、径向间隙占、叶片数ｚ等。
图１，１总体思路 二、数值模拟及分析。本部分内容可以称为“数值实验”。运用ＦＬＵＥＮＴ 构造该风机的三维模型，划分网格，利用计算流体力学理论求解在给定的转 速、压力条件下的风机性能，不但可以得到通风机效率仆全压Ｐ、流量Ｑ 等数据，而且能够得到风机内部的压力分布、速度分布等流动规律，同时还 可以得到反映轴流通风机性能的Ｐ－Ｑ曲线、Ｎ．Ｑ曲线、７７．Ｑ曲线、ｎ．Ｑ曲线、 ７７一只曲线等。对影响通风机效率的主要因素：叶片安装角ｐ。、径向间隙Ｊ、 转速１１．、叶片数ｚ，通过数值模拟显示各因素在不同状态下的性态，从而分 析其对通风机性能影响的原因，为进一步优化设计提供依据。 三、优化。在初步设计的轴流通风机几何参数的基础上．通过改变影响 风机效率的两个主要因素：叶片的安装角和转速，利用ＦＬＵＥＮＴ对不同参数 的风机模型计算得到了风机１１－口的分布数据，构造了Ｔｌ＝Ｆ（ｄ，ｎ）的目标函数， 通过优化方法寻找最佳的设计参数。在优化过程中，本文采用了三种方法：
速度气流过叶型时，作用在单位长度叶型上的升力等于
Ｐ＝几ｃ。Ｆ
式中 ｒ——绕叶型的环量。
（２．１）
当气流流过叶栅时，如图２－１所示。
图２－ｌ气流与叶栅的相互作用 由于绕流叶栅中每个叶型的流动情况都是相同的，故可在气流中围绕． 个叶型取封闭曲线ＡＢＣＤ进行研究。气流以相对速度ｗｌ流向叶栅，而以相对 速度ｗ２流出。控制面ＡＢ和ＤＣ上的压力分别为ＰＩ和见。 根据动量定理，所取控制面ＡＢ、ＣＤ的气体的动量在单位时间内的变化 等于作用在此块气体上所有外部作用力的合力。通过动量定理的关系式，即 可求出气流作用在这个叶型上的力Ｐ。

应用FLUENT进行散热模拟

目录目标 (3)1.引言 (3)2.CFD仿真过程 (4)2.1控制方程 (4)2.2单位 (4)2.3材料物性参数 (5)2.4几何与网格创建 (6)2.5求解工况&计算域&边界条件 (10)2.6结果分析 (10)2.7结论 (15)表格清单表1 单位系统（国际单位制） (5)表2 空气理想气体物性表 (5)表3 冰箱塑料内胆物性表 (5)表4 冰箱隔热层物性表 (6)表5 冰箱外壁物性表 (6)表6 计算域划分与边界条件 (10)图片清单图1 冰箱外形示意图 (3)图2 冰箱几何尺寸示意图（单位：mm） (4)图3 采用Icem创建的冰箱几何模型 (7)图4 冰箱外表面网格 (8)图5 冷藏室外表面网格 (8)图6 冷冻室外表面网格 (9)图7 截面体网格（x=300mm） (9)图8 瞬态计算残差曲线 (11)图9 冷藏室中心点温度时间曲线 (11)图10冷冻室中心点温度时间曲线 (12)图11 Z=300mm处的温度曲线 (12)图12 Z=300mm处的速度曲线(a)冷藏室 (b)冷冻室 (13)图13 冷藏室温度达到5℃时Z=300mm处截面的速度云图 (14)图14 冷藏室温度达到5℃时Z=300mm处隔热层温度分布云图 (15)目标本报告旨在通过ANSYS 旗下软件ICEM 、FLUENT 进行美的冰箱的仿真。

在35℃环境温度下，求解得到冰箱启动后的冷藏室和冷冻室温度从35℃分别降温到5℃和-18℃的降温曲线。

1. 引言冰箱由冷藏室、冷冻室两个独立空间组成，室内空气采用自然对流方式进行热传递；此外，还需要考虑冷量通过塑料ABS 内胆、隔热层和冰箱外壁钢板的损失。

冰箱外形如图1所示:冰箱几何尺寸示意图如图2冷藏室 F冷冻室 R图2 冰箱几何尺寸示意图（单位：mm）2.CFD 仿真过程本次仿真所用网格采用ANSYS○R ICEM CFD生成，所后采用ANSYS○R Fluent作为求解器进行求解。

Fluent软件对风扇的模拟分析解析PPT课件


图47
图48
第22页/共37页
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22
15.求解结果后处理过程
查看流量报告：选择reportfluxes…(如图49），在弹出的对话框中选择需要查 看流量的面（如图50），点击compute在results查看结果，同时文本窗口也会有 结果显示（如图51）。
图49
图50
第23页/共37页 图51
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15.求解结果后处理过程
AVC Confidential
图29
13
9.边界条件的设定
扇叶面的边界条件：定义扇叶壁面为移动壁面，转速和旋转流体区域相同，选择 相对速度为0的选项，如图30所示。在设定时要注意旋转轴的原点和方向，可以用 右手法则来判定旋转方向。设定好一个扇叶面后可以将此边界条件copy到其他相 同的扇叶面上，如图31选择copy…，然后再copy bcs面板中下的from zone选择刚 才设置的blade-dibu，在to zones选择其他的边界面，点击copy，完成操作（如图 32）。
1.Fluent求解器的选择
双击桌面的快捷方式
在弹出的对话框中选择3d求解
器（如图1）点击Run开启Fluent求解程序。表示这时用的
Fluent的三维单精度求解器，如果要对三维风扇模型进行模
拟分析就需要选择三维求解器。打开的程序界面（如图2）
所示。
图1
图2
第1页/共37页
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第7页/共37页
图14
图15
图16
AVC Confidential
7
7.定义流体的物理性质
选择definematerials…(如图17）定义材料的物理属性，在Fluent中默认的流体就 是空气，可以保持默认的材料属性（如图18）所示。如果要选择其他的材料可以 在fluent database中选择系统自带的材料库。

Fluent_软件对风扇的模拟分析解析


图43
图44
AVC Confidential
图45
21
14.保存求解结果
求解结果收敛后可以选择filewrite case&data…来保存所求解的结果，便于 后处理。
图46
AVC Confidential
22
15.求解结果后处理过程
为了较好的图形显示效果，可以预先设定一下显示选项。选择displayoption…( 如图47），在弹出的对话框中选择图示选项（如图48）。
图39
图40
AVC Confidential
19
12.初始化求解
选择solveiterate…(如图41），设定迭代步数就可以求解计算了（如图42）。
图41
图42
AVC Confidential
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13.监视求解过程，判断收敛与否
求解迭代的时候会有三个窗口出来，分别是残差曲线，压力曲线，流量曲线。（如 图43，44，45所示） 判断收敛与否：
10
9.边界条件的设定
边界条件就是流场变量在计算边界上应该满足的数学物理条件。边界条件与初始条件 一起并称为定解条件，只有在边界条件和初始条件确定后，流场的解才存在，并且是 唯一的。FLUENT 的初始条件是在初始化过程中完成的，边界条件则需要单独进行设 定。选择defineboundary conditions （如图22）,在弹出的对话框（如图23)中可 以看到在icem-cfd中定义的part名称出现在zone下拉列表中。可以看到有一些以shadow结尾的zone,这是表示两个流体区域之间的交界面，需要改成interior边界条件 （如图24），这样流场的信息才能在网格中传递，否则会被当作壁面条件，流场信息 无法传递。在不考虑传热的情况下可以将所有的shadow改为interior边界条件。
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