Principio di progettazione del ventilatore a flusso assiale

Considerando la contraddizione tra la bassa pressione dell'aria nelle prestazioni dei ventilatori dei condizionatori e l'esigenza di un grande volume d'aria e di un basso rumore durante l'uso, questo studio ha selezionato un prototipo di ventilatore a flusso assiale con prestazioni eccellenti per il condizionamento dell'aria come modello di ricerca comparativa per design curvo. La struttura di base del prototipo: diametro esterno della girante 409 mm, diametro della girante 120 mm, rapporto della girante 0,29, numero di pale 4, portata 2220 m3/h, pressione statica 20 Pa, velocità 880 giri/min. Il design del nuovo ventilatore si basa sulla premessa di garantire la portata, concentrandosi sul miglioramento della distribuzione del flusso interno del ventilatore per ridurre il rumore.
Il design della nuova ventola si basa su precedenti ricerche sulla dinamica dei fluidi e sui metodi di progettazione quasi-3D esistenti, utilizzando la tecnologia di piegatura all'avanguardia e l'accoppiamento CFD/CAD. Le caratteristiche strutturali del tipico prototipo di ruota eolica sono stimate mediante CAD e il software commerciale FLUENT viene utilizzato per eseguire calcoli CFD 3D completi per esaminare le sue caratteristiche di flusso esterno e interno e confrontare e analizzare con i risultati sperimentali; il metodo convenzionale viene utilizzato per realizzare un progetto preliminare della girante quasi-3D e vengono eseguiti calcoli CFD per esaminare le sue caratteristiche di flusso esterno e interno; i risultati CAD/CFD del prototipo della ventola e della nuova ventola vengono confrontati e analizzati, e i parametri rilevanti del progetto iniziale vengono adattati per ottenere un migliore piano di layout aerodinamico; Il CFD viene utilizzato per prevedere le prestazioni della ventola dopo la regolazione e i parametri rilevanti vengono ulteriormente regolati in base ai risultati del calcolo per ottimizzare ulteriormente la ventola.
Inoltre, nella progettazione è necessario considerare parametri quali la lunghezza della corda della pala, l'angolo di installazione della pala, l'angolo di campanatura della pala e la linea di medio arco del profilo alare. Questi parametri sono ottimizzati e ragionevolmente abbinati tra loro per migliorare le prestazioni aerodinamico-acustiche del ventilatore.
Prendendo in considerazione i fattori di cui sopra, viene progettata la struttura di base della nuova ventola: il diametro esterno della ventola è 408 mm, il diametro della girante è 100 mm, il rapporto della girante è 0,245, il numero di pale è 4 , la lunghezza della corda della punta/radice della lama è di 276/80 mm, l'angolo di piegatura in avanti è di 44 gradi e l'angolo di piega in avanti è di 20 gradi.
Nella stessa unità esterna vengono simulati numericamente rispettivamente il ventilatore prototipo e il nuovo ventilatore. La macchina reale viene opportunamente semplificata nel calcolo e non viene considerata l'influenza dello scambiatore di calore, della griglia di uscita, del motore e della sua staffa, ma viene considerata l'aspirazione laterale.
Il metodo del volume finito viene utilizzato per discretizzare le equazioni di controllo e il campo di flusso stazionario tridimensionale dell'intera unità esterna viene risolto implicitamente. Per il calcolo viene utilizzato il modello di turbolenza degli archi Spalart-Alm, il termine di convezione adotta il formato della differenza controvento del secondo ordine e l'accoppiamento pressione-grado è risolto dall'algoritmo standard SIM PLE.
A causa della complessità del sistema di ventilazione, l'intero dominio di calcolo utilizza griglie non strutturate e il numero totale di griglie è 110 x 104. L'area in cui si trova la girante è definita come area rotante, che presenta un gran numero di griglie. Le condizioni al contorno della pressione vengono utilizzate sia per l'ingresso che per l'uscita. L'ingresso dipende dalle condizioni atmosferiche e all'uscita vengono date contropressioni diverse. Quando il valore residuo di ciascun calcolo è inferiore a 1 x 10-3, il calcolo viene considerato convergente.