一种基于叶型曲线的扇叶优化设计方法以及高效风扇与流程

本发明属于空调设备
技术领域：
，具体的涉及一种基于叶型曲线的扇叶优化设计方法以及高效风扇。
背景技术：
：空调器中的噪音和振动一直是空调器质量好坏的一个重要标准。空调外机的风扇风叶，不仅要求可以有效减小振动，并且需要降低噪音，为用户提供舒适的环境。风扇震动以及气动噪音主要是由叶片拍击周围空气，产生压力脉动，其同时引发旋转噪音，以及周围空气压力分布特征引起局部涡流造成涡流噪音。技术实现要素：本发明旨在提供一种基于叶型曲线的扇叶优化设计方法，以解决风扇震动大，运行噪音高的问题。具体方案如下：一种基于叶型曲线的扇叶优化设计方法，包括：s1，以风扇转动轴心为中心轴，设置多组柱状的同心截面；该同心截面与扇叶的压力面相交得到相交曲线；s2，将相交曲线平面展开，得到叶型曲线；s3，根据性能目标或尺寸目标，调整叶型曲线的曲率、弧度或倾角要素；s4，依据对应同心截面，卷绕并依次排布各个叶型曲线，以平滑曲面连接相邻叶型曲线，得到优化后的扇叶压力面。进一步的，还包括：s5，建立优化后风扇模型，通过cfd数值仿真分析，得出风量、压力、流场分布或压力分布参数。进一步的，在步骤s1中，各个相邻该同心截面等间距排布。进一步的，相邻该同心截面间距为扇叶直径的1/10。进一步的，在步骤s3中，叶型曲线为朝向风扇气流方向外凸的圆弧线。本发明还提供了一种高效风扇，包括中心转子以及固定于该中心转子上的扇叶，该扇叶所朝向出风方向的一侧面为压力面；其特征在于：存在多个与该中心转子转轴同轴的柱状同心截面，该同心截面与该压力面交线的平面展开线为圆弧线。本发明的高效风扇，其进一步的技术方案为：沿该扇叶径向方向，该展开为圆弧线的交线等间距均布排布。有益效果：本发明的基于叶型曲线的扇叶优化设计方法以及高效风扇，其通过与转轴方向同轴心的同心截面，以曲面横截扇叶得到相交曲线，而后平面展开，得到叶型曲线，该叶型曲线即为风扇压力面(即朝向轴流出风方向的面)以其运动方向，所拍击空气的轨迹面；其通过性能目标以及尺寸目标，调整叶型曲线的曲率、弧度或倾角要素，实现了对直接拍击空气扇叶面的优化调整，以最优曲面拍击空气，风扇效率高，背部涡旋少，大涡旋打散为小涡旋，直接降低了扇叶振动以及运行风噪，解决了风扇震动大，运行噪音高的问题。附图说明图1示出了风扇的侧视图；图2示出了多个同心截面横截风扇的正视图；图3示出了扇叶上相交曲线的正视图；图4示出了相交曲线展开过程的正视图；图5示出了展开后的叶型曲线；图6示出了对比例和本发明实施例轴功率曲线图；图7示出了对比例和本发明实施例性能曲线图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。结合图1至图5所示，该实施例提供了一种基于叶型曲线的扇叶优化设计方法，其用于优化低压轴流风扇，该风扇具有中心转子1，该中心转子1上圆周均布有三个扇叶2，每一扇叶均具有朝向轴线出风方向凸伸的压力面20，该压力面20通过中心转子1的周转，直接拍击作用于前端的空气，以压迫气流轴向流出。该扇叶优化设计方法，包括如下步骤：s1，以风扇中心转子1的转动轴心为中心轴，设置多组柱状的同心截面3，在该实施例中，优选的设置有6组同心截面；该同心截面与扇叶2的压力面20相交得到相交曲线30；其中，在该步骤中，各个相邻该同心截面3为等间距排布，且相邻该同心截面间距为扇叶2周转直径的1/10。其中，该扇叶2靠近中心转子1的部分区段，其直线速度低，作用面积小，可以省略优化设计；其靠近扇叶2外沿的部分区域，其需要设置圆滑的外沿过度，也不适用于同心截面3优化设计。s2，将相交曲线30平面展开，得到叶型曲线31，其具体展开方式为，以垂直于扇叶2径向的平面展开相交曲线30，进而实现了将相交曲线30在二维平面内打开；s3，根据性能目标或尺寸目标，调整叶型曲线的曲率、弧度或倾角要素；在该步骤中，叶型曲线31为朝向风扇气流方向外凸的圆弧线，其具有弦长a以及倾角b要素。s4，依据对应同心截面，卷绕并依次排布各个叶型曲线，以平滑曲面连接相邻叶型曲线，得到优化后的扇叶压力面。s5，建立优化后风扇模型，通过cfd数值仿真分析，得出风量、压力、流场分布或压力分布参数。该实施例还提供了一种由该基于叶型曲线的扇叶优化设计方法高效风扇，包括中心转子1以及固定于该中心转子1上的扇叶2，该扇叶2所朝向出风方向的一侧面为压力面20；存在多个与该中心转子转轴同轴的柱状同心截面，该同心截面与该压力面交线的平面展开线为圆弧线；且沿该扇叶2径向方向，该展开为圆弧线的交线等间距均布排布。优化后，该风扇的叶型曲线要素如表1所示：表1：叶型曲线要素直径倾角弦长第一叶型曲线33031.3281第二叶型曲线39630.14330第三叶型曲线46229.16374第四叶型曲线52828.06407第五叶型曲线59426.78449第六叶型曲线66024.79503其中，对比市场上现有的风扇，即优化前的风扇，其直径、扇叶数以及压力面投影和叶型轴向投影，均与优化后风扇相同，其主要区别为，现有风扇压力面为常规曲面，其同心截面所截取的交线为不规则的曲线。将市场上现有风扇以及优化后的风扇建模，其分别为模型“old”以及模型“new”，进行cfd数值仿真分析，固定风扇转速为920rpm，得到两种风扇模型性能数据表2和表3：表2：风扇模型“old”性能数据表表3：风扇模型“new”性能数据表根据表2和表3，绘制图6所示的轴功率曲线：由轴功率曲线可知，新设计风扇，即模型“new”，轴功率明显低于原机风扇，即模型“old”；即在输出同等风量下，耗功较少，风机运行过程中涡流少，叶片气流之间摩擦阻力小，风机噪音低；同时，结合轴功率曲线可知，新设计风扇轴功率，具有明显的“拐点”效应：，即模型“new”轴功率曲线，明显区别于模型“old”的传统倒“u”字型的轴功率曲线，其在流量为8000(m3/h)附近时，存在一轴功率局部最低点，该位置可作为一限定流量高效档位选择点。即在该实施例的步骤s5中，还可以通过cfd数值仿真分析，得出优化后轴功率曲线，得出优化后风扇高效流量参数。该种优化设计方法，尤其适用于出风量多档位调节的风机设备，其可通过调整流量参数，实现轴功率最优化，进一步有效降低功耗。同时，根据表2和表3，绘制图7所示的性能曲线：1、920rpm情况下，模型“new”p-q曲线整体优于原机风扇，主要体现在风机“拐点”区域明显优于原机；2、新风扇单风机效率明显优于原机风扇，在相同风量下高出2～4个百分点左右；同时，实现了最优效率出风量点位置的后移，其风机最高效率在12500m3/h附近区域，达到80％左右，实现了出风量和效率的同步提升。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。当前第1页12