基于表面粗糙度修正的冷卻風扇數值模擬方法研究

傅佳宏，張 宇，肖寶蘭，張旭方，左 強

(浙江大學城市學院 工程學院， 杭州 310015)

軸流式冷卻風扇在工業領域具有廣泛的應用，對其性能進行精準的數值模擬研究，在冷卻系統匹配、節能減排、氣動噪聲抑制等方面具有重要的工程應用意義[1-2]。風扇旋轉時，通過具有不同壓力曲線的風扇葉片與空氣、護風罩之間復雜的雙向流固耦合[3-4]及周期性作用，形成旋轉流場與風扇前后的靜壓升。

目前，工程領域的主流風扇性能預測模型是多重參考坐標系(MRF)計算模型，該模型將風扇流動區域定義在旋轉坐標系下，其它區域定義在靜止參考系下，通過坐標系的不斷重建來模擬風扇的旋轉。由于模型中包含詳細的風扇葉片幾何信息，可以直接模擬出壓力階躍以及旋轉流場等風扇特性，在預測精度及計算資源的消耗方面具有相當的優勢[5-6]。由于采用了定常的近似求解，如何對MRF方法進行修正，進一步提高其模擬精度仍然面臨著挑戰。Wang等[7]研究了風扇旋轉區的選擇對其性能的影響，認為風扇旋轉區應該為護風罩所包含區域，而不僅僅是風扇直徑與厚度形成的圓柱區。Shankar等[8]采用MRF模型建立了風扇的數字風洞實驗室用以進行實際風扇的修正。Gullberg等[9-11]認為對于風扇旋轉流體區域的選擇要包括與風扇有劇烈相互作用的區域和風扇附近非對稱旋轉部件，并提出將風扇轉速提高14%所得的數值模擬結果可很好地與實驗值進行匹配。Sengupta等[12]指出，通過MRF模型旋轉流體區域、紊流模型、風扇網格質量進行一定的適應性修正后，完全可以達到工程實際的需求。……