空调开式轴流风扇流固耦合振动分析

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1、分类号学号M201271079学校代码10487密级硕士学位论文空调开式轴流风扇流固耦合振动分析学位申请人：李佳峰学科专业：新能源科学与工程指导教师：王军教授答辩日期：2015年5月20日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonVibrationofAirConditionerAxialFlowFanwithoutVoluteCasingBasedon

2、OneWayFluidStructureInteractionCandidate:LiJia-fengMajor:NewEnergyScienceandEngineeringSupervisor:Prof.WangJunHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集

3、体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密

4、□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要开式轴流风机广泛应用于分体式空调室外机中，其无蜗壳的结构形式是造成风扇在工作时其内流场与常规轴流风机内流场之间存在较大差异的主要原因。因此改善开式轴流风扇性能、提高稳定性问题愈来愈受到科技人员的关注。开式轴流风扇在运转时，其叶片同时受到气动力、离心力和弹性力等多种力的耦合作用，而在实际工作中难以通过试验的方法来研究耦合场力对叶片振动的影响。为改善空调开式轴流风扇的振动性能，本文基于单向流固

5、耦合理论，通过数值模拟和试验相结合，对一款开式轴流风扇的气动性能、结构强度以及共振进行研究，旨在为开式轴流风扇的气动性能和结构振动的预测提供指导。本文完成如下工作：（1）对一款空调开式轴流风扇开展了一系列性能试验，研究不同转速、不同流量工况对风扇性能的影响。基于Fluent软件对该开式轴流风扇模型进行流场建模，在参考性能试验条件的基础上对该风扇模型进行气动性能的预测，并将性能预测结果与试验结果进行对比，验证了流场数值模拟方法的可靠性。（2）以ANSYSWorkbench为平台，采用单向流固耦合计算方法

6、，将在流场中得到的开式轴流风扇叶片表面的气动力施加到结构模型上，并加载旋转约束，得到了风扇叶片在不同工况下的应力分布和结构变形，并与非流固耦合工况下叶片的应力分布和结构变形进行了对比。结果表明，叶片最大变形量位于叶尖部位，最大应力位于叶根前缘吸力面侧，并且叶片的安全系数远远大于材料的许用安全系数。（3）基于Bruel&Kjaer-Pulse分析平台得到开式轴流风扇叶片自由状态下的模态频率，与基于Modal模块得到的计算模态频率进行对比，验证了该模态计算方法的可靠性；分别对空调开式轴流风扇进行非流固耦合

7、模态和流固耦合模态的计算，并将上述三种模态下叶片的各阶固有频率和模态振型进行对比。结果表明离心力和流场气动力都不同程度的增加了风扇叶片的模态频率。对流固耦合状态下叶片的共振特性分析表明该开式轴流风扇的设计有效地避开了共振。该单向流固耦合研究为空调开式轴流风扇的气弹稳定性预测提供经验和指导。关键词：空调开式轴流风扇单向流固耦合模态分析共振I华中科技大学硕士学位论文AbstractAnaxialflowfanwithoutvolutecasingiswidelyusedintheoutsideunitof

8、thesplit-typeairconditioner,andtheinternalflowintheaxialflowfanwithoutvolutecasingismuchdifferentfromthatintheaxialflowfanwithvolutecasing.Therefore,theimprovementoftheperformanceandstabilityofthefanattractsmoreandmoreattention.D