一种汽车发动机翼型斜流冷却风扇的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车发动机翼型斜流冷却风扇的确定方法，按照以下步骤具体实施：得到平面叶栅基本参数；得到确定的子午面形状；理论全压升的计算；流速分布的计算；映像与等价速度三角形；叶型参数的选定；翼型叶片的修正补偿；叶型参数的计算；叶片坐标值的计算，用得到的叶片坐标值拟合出叶片的截面线，将各截平面在径向进行叠加形成叶片型面，最终确定出斜流翼型发动机冷却风扇。本发明专利技术的方法，不仅能保证冷却风扇曲面光顺性，还能满足气动性及强度、工艺等要求，大大降低了设计周期，后续设计更改容易，开发费用显著减低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车发动机设备制造
，涉及。
技术介绍
汽车发动机冷却风扇的设计和性能的好坏直接导致发动机运行效果，常成为阻碍发动机研制成功的关键部件，直接影响到发动机研制的全局。同时，对发动机的散热效果、噪声、燃油经济性和发动机功耗等均有直接影响。冷却系统的设计，是由整个汽车的基本结构所决定，所以很难独立建立一套理论。因此，一般都是先用近似计算法进行设计，再对冷却系统各个因素及实车进行综合实验，根据实验结果再修正，以达到最佳化。传统设计过程中，需要开模生产风扇样品并根据风道试验得出的风扇性能数据，反复对模具和样品进行修改，直至最终得到性能合格的风扇。目前国内汽车发动机冷却风扇的设计方法多为从给定的表面理想速度或压力分布出发，通过反问题计算直接得到叶型，由于在整个设计过程中没有明确给出几何约束，因此有可能出现几何形状不合理现象(如叶型过薄或过厚)，而且设计所得到的叶型，经过非设计工况正问题验算或试验验证，其气动特性未必会令人满意，此时则需重新给定速度或压力分布进行再设计，直到令人满意为止。或是应用现代优化设计手段，通过流体动力学软件对不同结构形式的风扇样品根据其测试性能建立风扇性能数据库，应用风机相似理论对风扇进行匹配和优选。整个流程耗费了大量人力和时间，设计成本高昂。综上所述，现有技术存在以下问题设计流程耗费了大量人力和时间，设计成本高昂；设计结果偏差大，设计更改周期长，成本高；很难满足与客户的设计条件相符，还必须进行进一步的优化处理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，解决了现有技术中最优流速分布不合理，采用试凑法来进行风扇验证，设计结果偏差大，设计更改周期长，设计制作过程费时费力的问题。本专利技术所采用的技术方案是，，按照以下步骤具体实施步骤I、假定将斜流风扇中实际的三元流动为子午面流线绕轴旋转所得到的圆锥回转流面，以一定半径沿风扇轴线方向从叶轮上截取一个圆锥环，得到由形状相同的叶片切面所组成、彼此以一定距离沿圆周排成的环形叶栅，再将该环形叶栅投影到某一平面上得到平面叶栅，即得到平面叶栅基本参数，表I、本专利技术方法涉及到的叶栅参数符号表权利要求1. ，其特征在于，按照以下步骤具体实施步骤I、假定将斜流风扇中实际的三元流动为子午面流线绕轴旋转所得到的圆锥回转流面，以一定半径沿风扇轴线方向从叶轮上截取一个圆锥环，得到由形状相同的叶片切面所组成、彼此以一定距离沿圆周排成的环形叶栅，再将该环形叶栅投影到某一平面上得到平面叶栅，即得到平面叶栅基本参数，表I、本专利技术方法涉及到的叶栅参数符号表符号叶栅参数名称符号叶栅参数名称L叶型弦长Pi叶栅进口气流角t栅距β 2叶栅出口气流角Y翼型角Δ β气流转向角dm叶型最大厚度α冲角nc叶型最大弯度δ出口落后角Pbl叶型进口几何角τ m叶型相对厚度Pb2叶型出口几何角fc叶型相对弯度Θ C叶型弯折角σ叶栅稠度步骤2、为了求解上述有关的平面叶栅参数，需要根据风扇设计要求和叶片数以及子午流面形状共同确定，得到确定的子午面形状，具体步骤如下·2. I)、根据第一条流线的叶轮入口几何半径rla、出口倾斜角度0a、叶轮轴向宽幅T和风扇直径来确定点A、点C ;·2. 2)、从风扇前端面气流入口处量取O. 8T的长度作为点D，通过点D做一条斜率为 7.5°的斜线，并定义为流线i;·2.3)、流线i和气流入口的端面交与点B，流线a和流线i相交于点E ；·2.4)、将线段AB进行8等分，将各个等分点均与点E连接，分别依次称为流线b 流线h ；·2.5)、流线i与从气流入口处量取长度T距离的端面交与点F ；·2.6)、各流线a 流线i分别和线段AB的交点构成叶轮入口几何半径F1 ；·2.7)、各流线a 流线i分别和线段CD的交点构成叶轮出口几何半径r2，即理论计算用的气流出口半径值；·2.8)、各流线a 流线i分别和线段CF的交点构成叶轮实际形状上的气流出口半径值r3,上述描述中仅显示出流线e的相关参数及位置关系，其他流线参数依此类推，在CAD作图环境中，按上述步骤绘制的子午流面的形状，确定各条流线的角度，同时，流线和叶片前后缘相交的位置、前倾量、叶片顶部子午流面的宽幅等数值都在成型的图面中测量得知； 步骤3、理论全压升的计算·3.I)、按下式计算入口面积A1和出口面积A2,以流线e的方向为基准，(K为流线e与水平线的夹角，所有各个符号的下标I表示入口位置参数，各个符号的下标2表示出口位置参数A1=TT(Ii2f-Ifa)(I)A2 =π(τ^ - τ~α) · cos (#e -6>)/cos6 .3.2)、按下式计算出、入口流速入口平均流速为& .则2.根据权利要求I所述的汽车发动机翼型斜流冷却风扇的确定方法，其特征在于所述的步骤3. 2中，流量效率nQ的优选值为O. 9。3.根据权利要求I所述的汽车发动机翼型斜流冷却风扇的确定方法，其特征在于所述的步骤3. 5中，压力效率η τ的优选值为O. 6。4.根据权利要求I所述的汽车发动机翼型斜流冷却风扇的确定方法，其特征在于所述的表2是NACA65系统叶型的基本坐标数据，内容如下全文摘要本专利技术公开了，按照以下步骤具体实施得到平面叶栅基本参数；得到确定的子午面形状；理论全压升的计算；流速分布的计算；映像与等价速度三角形；叶型参数的选定；翼型叶片的修正补偿；叶型参数的计算；叶片坐标值的计算，用得到的叶片坐标值拟合出叶片的截面线，将各截平面在径向进行叠加形成叶片型面，最终确定出斜流翼型发动机冷却风扇。本专利技术的方法，不仅能保证冷却风扇曲面光顺性，还能满足气动性及强度、工艺等要求，大大降低了设计周期，后续设计更改容易，开发费用显著减低。文档编号G06F17/50GK102945292SQ201210358750公开日2013年2月27日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日专利技术者芮宏斌, 宋俐, 张金凯 申请人:西安理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车发动机翼型斜流冷却风扇的确定方法，其特征在于，按照以下步骤具体实施：步骤1、假定将斜流风扇中实际的三元流动为子午面流线绕轴旋转所得到的圆锥回转流面，以一定半径沿风扇轴线方向从叶轮上截取一个圆锥环，得到由形状相同的叶片切面所组成、彼此以一定距离沿圆周排成的环形叶栅，再将该环形叶栅投影到某一平面上得到平面叶栅，即得到平面叶栅基本参数，表1、本专利技术方法涉及到的叶栅参数符号表??符号??叶栅参数名称??符号??叶栅参数名称??L??叶型弦长??β1??叶栅进口气流角??t??栅距??β2??叶栅出口气流角??γ??翼型角??Δβ??气流转向角??dm??叶型最大厚度??α??冲角??nc??叶型最大弯度??δ??出口落后角??βb1??叶型进口几何角??τm??叶型相对厚度??βb2??叶型出口几何角??fc??叶型相对弯度??θc??叶型弯折角??σ??叶栅稠度步骤2、为了求解上述有关的平面叶栅参数，需要根据风扇设计要求和叶片数以及子午流面形状共同确定，得到确定的子午面形状，具体步骤如下：2.1)、根据第一条流线的叶轮入口几何半径r1a、出口倾斜角度θa、叶轮轴向宽幅T和风扇直径来确定点A、点C；?2.2)、从风扇前端面气流入口处量取0.8T的长度作为点D，通过点D做一条斜率为7.5°的斜线，并定义为流线i；2.3)、流线i和气流入口的端面交与点B，流线a和流线i相交于点E；2.4)、将线段AB进行8等分，将各个等分点均与点E连接，分别依次称为流线b～流线h；2.5)、流线i与从气流入口处量取长度T距离的端面交与点F；2.6)、各流线a～流线i分别和线段AB的交点构成叶轮入口几何半径r1；2.7)、各流线a～流线i分别和线段CD的交点构成叶轮出口几何半径r2，即理论计算用的气流出口半径值；2.8)、各流线a～流线i分别和线段CF的交点构成叶轮实际形状上的气流出口半径值r3，上述描述中仅显示出流线e的相关参数及位置关系，其他流线参数依此类推，在CAD作图环境中，按上述步骤绘制的子午流面的形状，确定各条流线的角度，同时，流线和叶片前后缘相交的位置、前倾量、叶片顶部子午流面的宽幅等数值都在成型的图面中测量得知；步骤3、理论全压升的计算3.1)、按下式计算入口面积A1和出口面积A2，以流线e的方向为基准，φe为流线e与水平线的夹角，所有各个符号的下标1表示入口位置参数，各个符号的下标2表示出口位置参数：3.2)、按下式计算出、入口流速：?入口平均流速为?则出口平均流速分解为沿流线e方向的速度分量?及沿轴向的速度分量?其中的Q为设计风量，ηQ为流量效率，则有3.3)、按下式计算出口平均动压Pd2，式中的ρ为气流密度：Pd2=ρ·(Q/A2)2/2g，?????????????????????????????(6)3.4)、按下式计算风扇全压力PT，式中的PS为风扇静压：PT＝PS+Pd2，?????????????????????????????????????(7)3.5)、按下式计算风扇理论全压升Pth，式中的ητ为压力效率：Pth＝PT/ητ，??????????????????????????????????（8）Pth＝ρ/g·(u2cu2?u1cu1)，??????????????????????（9）将上式利用进、出口速度三角形，应用余弦定理，变形得：其中，g为重力加速度；u为叶片旋转时，气流质点随叶片做圆周运动时的牵连速度；cu为周向分速度，是气流质点绝对速度c分解为径向分速度cr和周向分速度cu；w1为入口处空气的相对速度，w2为出口处空气的相对速度；3.6)、按下式计算风扇功率H：H＝Pth·g·Q/ηQ；????(11)步骤4、流速分布的计算4.1)、流速与涡形系数Y的关系式通过下式表达为：Y≠0时，cu2＝K·ω·rY，?????????????????????????(12)则cm2=(K·ω2·rY+1·(2?(Y+1)·K·rY?1/Y)+C)1/2，(13)Y=0时，cu2=K·ω，???????????????????????????????(14)?则cm2＝2K·ω2·(r?K·ln(r))，????(15)上式(12)到式(15)中的K和K，是同一个K值，K为系数，是要进行求解得到的，C为积分常数，r为半径，ω为回转速度；如果式(9)中cu1＝0，则理论全压升的计算数值为：Pth＝ρ·u2·cu2/g，????(16)再将式(12)代入式(16)中，得到的计算数值为：Pth＝ρ·u2·K·ω·rY/...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：芮宏斌，宋俐，张金凯，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
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