工程車輛冷卻風(fēng)扇流體特性研究

閆瑞林

摘要：工程車輛冷卻風(fēng)扇流體特性的研究主要是針對流量和壓力參數(shù)的研究，最終目的是提高工程車輛的性能。本文以分析冷卻風(fēng)扇流體在工程車輛中的重要性為切入點，闡述當(dāng)前我國工程車輛冷卻風(fēng)扇流體特性現(xiàn)狀的研究，并對風(fēng)扇結(jié)構(gòu)參數(shù)對風(fēng)扇性能的影響進(jìn)行詳細(xì)的論述，從而為提高工程車輛的性能提供參考方案。

關(guān)鍵詞：車輛 ?冷卻風(fēng)扇 ?研究

隨著工程車輛功能的不斷完善，工程車輛在給人類帶來便利的同時，其產(chǎn)生的噪音不僅對駕駛?cè)嗽斐蓢?yán)重的身體傷害，還影響周圍的環(huán)境，而工程車輛的噪音主要來源于動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)，因此研究工程車輛冷卻風(fēng)扇流體特性具有重要的作用。

1 冷卻風(fēng)扇流體在工程車輛中的重要性

雖然我國的工程車輛在各方面性能上都有了很大的提升，但是車輛的噪音問題一直以來沒有很好的解決辦法。我們知道工程車輛在工作的過程中動力艙內(nèi)產(chǎn)生許多熱量，如果熱量不能及時發(fā)散出去就會影響艙內(nèi)的各個零件的使用壽命和性能發(fā)揮，雖然一部分熱量可以通過空氣流通原理直接傳出去，但是大部分的熱量需要靠冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)，而冷卻風(fēng)扇就是冷卻系統(tǒng)的重要組成部分，冷卻風(fēng)扇依靠其旋轉(zhuǎn)的葉片將動力艙傳出的熱量驅(qū)散到艙外，但是冷卻風(fēng)扇在工作的過程中會產(chǎn)生大量的噪音，給駕駛?cè)藛T的身體健康構(gòu)成威脅，因此為提高冷卻風(fēng)扇的工作性能，需要研究其特性，使其達(dá)到克服動力艙內(nèi)的阻力進(jìn)而實現(xiàn)驅(qū)散熱量的要求，同時還要降低噪音的產(chǎn)生。

2 工程車輛冷卻風(fēng)扇流體特性的研究現(xiàn)狀

工程車輛冷卻風(fēng)扇流體特性的研究主要是對流量和壓力參數(shù)的研究，過去的研究方法由于需要長時間的數(shù)據(jù)收集等導(dǎo)致性能試驗的周期比較長，試驗、成本比較高，人們現(xiàn)在充分借助計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)了對工程車輛冷卻風(fēng)扇特性的研究。計算流體動力學(xué)就是通過計算機(jī)對流體動力學(xué)生的基本方程進(jìn)行數(shù)字求解并圖像顯示的學(xué)科，其最大的作用不僅是能夠計算復(fù)雜的問題，而且能夠?qū)⒘鲌鰞?nèi)的各物理量的大小以圖像的形式顯現(xiàn)出來。基于冷卻風(fēng)扇在動力艙內(nèi)的重要性，而且因為風(fēng)扇導(dǎo)致的噪音要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)械產(chǎn)生的噪音，因此目前人們對工程車輛噪音控制的研究主要集中在氣動聲學(xué)范圍內(nèi)。目前人們采取的計算方法主要是：一是直接模擬法。此種計算方法較為準(zhǔn)確，但是要求計算機(jī)的性能要高;二是使用CFD軟件的聲學(xué)模擬理論模型進(jìn)行計算;三是運用寬頻帶進(jìn)行計算。

3 冷卻風(fēng)扇結(jié)構(gòu)參數(shù)對性能的影響分析

為明確研究目的，本文利用UG軟件，選取國內(nèi)某品牌的工程車輛冷卻風(fēng)扇構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，風(fēng)扇結(jié)構(gòu)參數(shù)（見表1）：

3.1 安裝角變化對風(fēng)扇性能的影響。為了清除獲悉影響分散性能的因素，分別建立安裝角為23、26、29、32和35度的冷卻風(fēng)扇模型，根據(jù)不同角度的工作數(shù)據(jù)結(jié)果，得出以下結(jié)論：風(fēng)扇流量隨著安裝角度的增加而增大，并且這種增速是均勻的。

3.2 葉片弦長變化對風(fēng)扇性能的影響。同樣作者分別構(gòu)建了143、153、163、173、183mm的冷卻風(fēng)扇模型，根據(jù)其運作結(jié)果數(shù)據(jù)分析（圖1）：風(fēng)扇流量隨葉片弦長的增加先呈現(xiàn)增大趨勢，隨后在減小，并且當(dāng)葉片弦長達(dá)到173mm時，流體的流量最大。

圖1 ?葉片弦長與流量的關(guān)系

3.3 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速對性能的影響。雖然冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不是風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)參數(shù)，但是其對風(fēng)扇的性能會產(chǎn)生一定的影響，經(jīng)過相關(guān)試驗，風(fēng)扇的噪音大小與葉輪的轉(zhuǎn)速成正比例關(guān)系，這一點在現(xiàn)實工作中很容易觀察到，當(dāng)冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定高度時，工程車輛的噪音就會非常的大。

3.4 葉片高度對風(fēng)扇性能的影響。我們在不改變其他因素的前提下，分別調(diào)整葉片的高度，構(gòu)建270、280、290、300mm的模型，經(jīng)過相關(guān)試驗得出相關(guān)結(jié)論：風(fēng)扇的流量隨著片葉的高度的增加而不斷地變大，但是其流量的增加率在不斷地降低，同時風(fēng)扇的靜壓與風(fēng)扇流量之間沒有明顯的變化。

當(dāng)然其它冷卻風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)參數(shù)對風(fēng)扇的性能也會產(chǎn)生影響，比如輪廓比的逐漸增大對降低流量的增速，風(fēng)扇流量隨著葉片變徑的減低而增加等等;同樣風(fēng)扇的輔助結(jié)構(gòu)也會影響風(fēng)扇的性能，比如在風(fēng)扇中增加頂環(huán)裝置就可以提高風(fēng)扇的性能，增加分散的散熱性。

4 結(jié)論

通過對冷卻風(fēng)扇結(jié)構(gòu)參數(shù)對性能的影響分析研究表面：在沒有改變風(fēng)扇氣動設(shè)計性能的基礎(chǔ)上，風(fēng)扇結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對風(fēng)扇的風(fēng)量、噪音等都會產(chǎn)生一定的影響，通過分析其中的規(guī)律，可以為我們改善工程車輛的冷卻風(fēng)扇噪音提供具有實踐意義的參考方案，從而提高工程車輛的性能。

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