一種汽車發動機翼型斜流冷卻風扇的確定方法技術

本發明專利技術公開了一種汽車發動機翼型斜流冷卻風扇的確定方法，按照以下步驟具體實施：得到平面葉柵基本參數；得到確定的子午面形狀；理論全壓升的計算；流速分布的計算；映像與等價速度三角形；葉型參數的選定；翼型葉片的修正補償；葉型參數的計算；葉片坐標值的計算，用得到的葉片坐標值擬合出葉片的截面線，將各截平面在徑向進行疊加形成葉片型面，最終確定出斜流翼型發動機冷卻風扇。本發明專利技術的方法，不僅能保證冷卻風扇曲面光順性，還能滿足氣動性及強度、工藝等要求，大大降低了設計周期，后續設計更改容易，開發費用顯著減低。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于汽車發動機設備制造
，涉及。
技術介紹
汽車發動機冷卻風扇的設計和性能的好壞直接導致發動機運行效果，常成為阻礙發動機研制成功的關鍵部件，直接影響到發動機研制的全局。同時，對發動機的散熱效果、噪聲、燃油經濟性和發動機功耗等均有直接影響。冷卻系統的設計，是由整個汽車的基本結構所決定，所以很難獨立建立一套理論。因此，一般都是先用近似計算法進行設計，再對冷卻系統各個因素及實車進行綜合實驗，根據實驗結果再修正，以達到最佳化。傳統設計過程中，需要開模生產風扇樣品并根據風道試驗得出的風扇性能數據，反復對模具和樣品進行修改，直至最終得到性能合格的風扇。目前國內汽車發動機冷卻風扇的設計方法多為從給定的表面理想速度或壓力分布出發，通過反問題計算直接得到葉型，由于在整個設計過程中沒有明確給出幾何約束，因此有可能出現幾何形狀不合理現象(如葉型過薄或過厚)，而且設計所得到的葉型，經過非設計工況正問題驗算或試驗驗證，其氣動特性未必會令人滿意，此時則需重新給定速度或壓力分布進行再設計，直到令人滿意為止。或是應用現代優化設計手段，通過流體動力學軟件對不同結構形式的風扇樣品根據其測試性能建立風扇性能數據庫，應用風機相似理論對風扇進行匹配和優選。整個流程耗費了大量人力和時間，設計成本高昂。綜上所述，現有技術存在以下問題設計流程耗費了大量人力和時間，設計成本高昂；設計結果偏差大，設計更改周期長，成本高；很難滿足與客戶的設計條件相符，還必須進行進一步的優化處理。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，解決了現有技術中最優流速分布不合理，采用試湊法來進行風扇驗證，設計結果偏差大，設計更改周期長，設計制作過程費時費力的問題。本專利技術所采用的技術方案是，，按照以下步驟具體實施步驟I、假定將斜流風扇中實際的三元流動為子午面流線繞軸旋轉所得到的圓錐回轉流面，以一定半徑沿風扇軸線方向從葉輪上截取一個圓錐環，得到由形狀相同的葉片切面所組成、彼此以一定距離沿圓周排成的環形葉柵，再將該環形葉柵投影到某一平面上得到平面葉柵，即得到平面葉柵基本參數，表I、本專利技術方法涉及到的葉柵參數符號表權利要求1. ，其特征在于，按照以下步驟具體實施步驟I、假定將斜流風扇中實際的三元流動為子午面流線繞軸旋轉所得到的圓錐回轉流面，以一定半徑沿風扇軸線方向從葉輪上截取一個圓錐環，得到由形狀相同的葉片切面所組成、彼此以一定距離沿圓周排成的環形葉柵，再將該環形葉柵投影到某一平面上得到平面葉柵，即得到平面葉柵基本參數，表I、本專利技術方法涉及到的葉柵參數符號表符號葉柵參數名稱符號葉柵參數名稱L葉型弦長Pi葉柵進口氣流角t柵距β 2葉柵出口氣流角Y翼型角Δ β氣流轉向角dm葉型最大厚度α沖角nc葉型最大彎度δ出口落后角Pbl葉型進口幾何角τ m葉型相對厚度Pb2葉型出口幾何角fc葉型相對彎度Θ C葉型彎折角σ葉柵稠度步驟2、為了求解上述有關的平面葉柵參數，需要根據風扇設計要求和葉片數以及子午流面形狀共同確定，得到確定的子午面形狀，具體步驟如下·2. I)、根據第一條流線的葉輪入口幾何半徑rla、出口傾斜角度0a、葉輪軸向寬幅T和風扇直徑來確定點A、點C ;·2. 2)、從風扇前端面氣流入口處量取O. 8T的長度作為點D，通過點D做一條斜率為 7.5°的斜線，并定義為流線i;·2.3)、流線i和氣流入口的端面交與點B，流線a和流線i相交于點E ；·2.4)、將線段AB進行8等分，將各個等分點均與點E連接，分別依次稱為流線b 流線h ；·2.5)、流線i與從氣流入口處量取長度T距離的端面交與點F ；·2.6)、各流線a 流線i分別和線段AB的交點構成葉輪入口幾何半徑F1 ；·2.7)、各流線a 流線i分別和線段CD的交點構成葉輪出口幾何半徑r2，即理論計算用的氣流出口半徑值；·2.8)、各流線a 流線i分別和線段CF的交點構成葉輪實際形狀上的氣流出口半徑值r3,上述描述中僅顯示出流線e的相關參數及位置關系，其他流線參數依此類推，在CAD作圖環境中，按上述步驟繪制的子午流面的形狀，確定各條流線的角度，同時，流線和葉片前后緣相交的位置、前傾量、葉片頂部子午流面的寬幅等數值都在成型的圖面中測量得知； 步驟3、理論全壓升的計算·3.I)、按下式計算入口面積A1和出口面積A2,以流線e的方向為基準，(K為流線e與水平線的夾角，所有各個符號的下標I表示入口位置參數，各個符號的下標2表示出口位置參數A1=TT(Ii2f-Ifa)(I)A2 =π(τ^ - τ~α) · cos (#e -6>)/cos6 .3.2)、按下式計算出、入口流速入口平均流速為& .則2.根據權利要求I所述的汽車發動機翼型斜流冷卻風扇的確定方法，其特征在于所述的步驟3. 2中，流量效率nQ的優選值為O. 9。3.根據權利要求I所述的汽車發動機翼型斜流冷卻風扇的確定方法，其特征在于所述的步驟3. 5中，壓力效率η τ的優選值為O. 6。4.根據權利要求I所述的汽車發動機翼型斜流冷卻風扇的確定方法，其特征在于所述的表2是NACA65系統葉型的基本坐標數據，內容如下全文摘要本專利技術公開了，按照以下步驟具體實施得到平面葉柵基本參數；得到確定的子午面形狀；理論全壓升的計算；流速分布的計算；映像與等價速度三角形；葉型參數的選定；翼型葉片的修正補償；葉型參數的計算；葉片坐標值的計算，用得到的葉片坐標值擬合出葉片的截面線，將各截平面在徑向進行疊加形成葉片型面，最終確定出斜流翼型發動機冷卻風扇。本專利技術的方法，不僅能保證冷卻風扇曲面光順性，還能滿足氣動性及強度、工藝等要求，大大降低了設計周期，后續設計更改容易，開發費用顯著減低。文檔編號G06F17/50GK102945292SQ201210358750公開日2013年2月27日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日專利技術者芮宏斌, 宋俐, 張金凱 申請人:西安理工大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種汽車發動機翼型斜流冷卻風扇的確定方法，其特征在于，按照以下步驟具體實施：步驟1、假定將斜流風扇中實際的三元流動為子午面流線繞軸旋轉所得到的圓錐回轉流面，以一定半徑沿風扇軸線方向從葉輪上截取一個圓錐環，得到由形狀相同的葉片切面所組成、彼此以一定距離沿圓周排成的環形葉柵，再將該環形葉柵投影到某一平面上得到平面葉柵，即得到平面葉柵基本參數，表1、本專利技術方法涉及到的葉柵參數符號表??符號??葉柵參數名稱??符號??葉柵參數名稱??L??葉型弦長??β1??葉柵進口氣流角??t??柵距??β2??葉柵出口氣流角??γ??翼型角??Δβ??氣流轉向角??dm??葉型最大厚度??α??沖角??nc??葉型最大彎度??δ??出口落后角??βb1??葉型進口幾何角??τm??葉型相對厚度??βb2??葉型出口幾何角??fc??葉型相對彎度??θc??葉型彎折角??σ??葉柵稠度步驟2、為了求解上述有關的平面葉柵參數，需要根據風扇設計要求和葉片數以及子午流面形狀共同確定，得到確定的子午面形狀，具體步驟如下：2.1)、根據第一條流線的葉輪入口幾何半徑r1a、出口傾斜角度θa、葉輪軸向寬幅T和風扇直徑來確定點A、點C；?2.2)、從風扇前端面氣流入口處量取0.8T的長度作為點D，通過點D做一條斜率為7.5°的斜線，并定義為流線i；2.3)、流線i和氣流入口的端面交與點B，流線a和流線i相交于點E；2.4)、將線段AB進行8等分，將各個等分點均與點E連接，分別依次稱為流線b～流線h；2.5)、流線i與從氣流入口處量取長度T距離的端面交與點F；2.6)、各流線a～流線i分別和線段AB的交點構成葉輪入口幾何半徑r1；2.7)、各流線a～流線i分別和線段CD的交點構成葉輪出口幾何半徑r2，即理論計算用的氣流出口半徑值；2.8)、各流線a～流線i分別和線段CF的交點構成葉輪實際形狀上的氣流出口半徑值r3，上述描述中僅顯示出流線e的相關參數及位置關系，其他流線參數依此類推，在CAD作圖環境中，按上述步驟繪制的子午流面的形狀，確定各條流線的角度，同時，流線和葉片前后緣相交的位置、前傾量、葉片頂部子午流面的寬幅等數值都在成型的圖面中測量得知；步驟3、理論全壓升的計算3.1)、按下式計算入口面積A1和出口面積A2，以流線e的方向為基準，φe為流線e與水平線的夾角，所有各個符號的下標1表示入口位置參數，各個符號的下標2表示出口位置參數：3.2)、按下式計算出、入口流速：?入口平均流速為?則出口平均流速分解為沿流線e方向的速度分量?及沿軸向的速度分量?其中的Q為設計風量，ηQ為流量效率，則有3.3)、按下式計算出口平均動壓Pd2，式中的ρ為氣流密度：Pd2=ρ·(Q/A2)2/2g，?????????????????????????????(6)3.4)、按下式計算風扇全壓力PT，式中的PS為風扇靜壓：PT＝PS+Pd2，?????????????????????????????????????(7)3.5)、按下式計算風扇理論全壓升Pth，式中的ητ為壓力效率：Pth＝PT/ητ，??????????????????????????????????（8）Pth＝ρ/g·(u2cu2?u1cu1)，??????????????????????（9）將上式利用進、出口速度三角形，應用余弦定理，變形得：其中，g為重力加速度；u為葉片旋轉時，氣流質點隨葉片做圓周運動時的牽連速度；cu為周向分速度，是氣流質點絕對速度c分解為徑向分速度cr和周向分速度cu；w1為入口處空氣的相對速度，w2為出口處空氣的相對速度；3.6)、按下式計算風扇功率H：H＝Pth·g·Q/ηQ；????(11)步驟4、流速分布的計算4.1)、流速與渦形系數Y的關系式通過下式表達為：Y≠0時，cu2＝K·ω·rY，?????????????????????????(12)則cm2=(K·ω2·rY+1·(2?(Y+1)·K·rY?1/Y)+C)1/2，(13)Y=0時，cu2=K·ω，???????????????????????????????(14)?則cm2＝2K·ω2·(r?K·ln(r))，????(15)上式(12)到式(15)中的K和K，是同一個K值，K為系數，是要進行求解得到的，C為積分常數，r為半徑，ω為回轉速度；如果式(9)中cu1＝0，則理論全壓升的計算數值為：Pth＝ρ·u2·cu2/g，????(16)再將式(12)代入式(16)中，得到的計算數值為：Pth＝ρ·u2·K·ω·rY/...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：芮宏斌，宋俐，張金凱，
申請(專利權)人：西安理工大學，
類型：發明
國別省市：