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基于CFD的汽车空气调节系统离心风机流场与气动噪声数值模拟
摘要：
本文针对汽车空气调节系统中离心风机的流场分布和气动噪声进行了数值模拟研究。首先，利用CFD软件建立了离心风机及其管道系统的三维模型，考虑了风机叶轮的旋转，对不同转速下的空气流场分布进行了模拟，并分析了各个流动参数在不同工况下的变化趋势。其次，采用声学模拟软件对风机产生的气动噪声进行了计算，并对噪声源产生机理进行了分析。最后，通过对模拟结果的分析比较，提出了优化方案，对提高离心风机的效率和降低气动噪声有着一定的参考价值。
关键词：CFD；离心风机；气动噪声；数值模拟；优化方案
Abstract：
Thispaperstudiestheflowfielddistributionandaerodynamicnoiseofthecentrifugalfanintheairconditioningsystemoftheautomobilethroughnumericalsimulation.Firstly,athree-dimensionalmodelofthecentrifugalfananditspipelinesystemwasestablishedusingCFDsoftware,consideringtherotationofthefanimpeller,andtheairflowfielddistributionatdifferentspeedswassimulated,andthechangetrendofeachflowparameterunderdifferentoperatingconditionswasanalyzed.Secondly,theaerodynamicnoisegeneratedbythefanwascalculatedusingacousticsimulationsoftware,andthemechanismofnoisesourcegenerationwasanalyzed.Finally,bycomparingandanalyzingthesimulationresults,optimizationschemeswereproposed,whichhaveacertainreferencevalueforimprovingtheefficiencyofthecentrifugalfanandreducingtheaerodynamicnoise.
Keywords:CFD;centrifugalfan;aerodynamicnoise;numericalsimulation;optimizationscheme
1.引言
汽车空气调节系统是现代汽车中十分重要的一个子系统，其中离心风机是空气循环和气流调节的核心设备。对离心风机的流场分布和气动噪声进行数值模拟研究，对于提高其效率和降低噪声有着重要的意义。
2.离心风机流场数值模拟
2.1模型建立
对离心风机及其管道系统建立三维模型，包括风机叶轮、进风管道、出风管道等。模型几何尺寸如图1所示。在CFD软件中进行模拟前，需要对模型进行网格划分。
2.2数值模拟条件
采用了RANS（Reynolds平均Navier-Stokes）方程和k-ε湍流模型对流场进行数值模拟。其中，风机叶轮的旋转是通过设置旋转速度来实现的。数值模拟条件如表1所示。
2.3离心风机流场数值模拟结果分析
对不同转速下的离心风机流场进行模拟，如图2所示。从图中可以看出，在叶轮上游的区域，流速分布比较均匀，而在叶轮下游产生的旋涡区域中，流速分布不规则，具有明显的涡旋结构。此外，随着转速的增加，流速的大小也随之增加，而静压的大小则呈逐渐减小的趋势。
3.离心风机气动噪声数值模拟
3.1气动噪声计算原理
在风机叶轮旋转时，会对周围的气体产生扰动，进而导致气体振动，产生声波。在气动噪声计算中，采用Lighthill声源项的计算方法，将声源项分为两部分，分别为turbulentsource和acousticsource。
3.2数值模拟条件
采用了SNGR软件进行风机气动噪声的数值模拟，其中声源项通过CFD软件输出。数值模拟条件如表2所示。
3.3离心风机气动噪声数值模拟结果分析
对离心风机在不同工况下的气动噪声进行数值模拟，结果如图3所示。从中可以看出，风机在高速转动时，产生的气动噪声也相应地增大，此外，旋转的叶轮表面也会加速噪声的产生。
4.优化方案
针对离心风机的模拟结果，可以提出一些优化方案。例如，在风机进口处增加阻流板，可以减小风流中的旋涡结构，减小流阻，提高风机效率；在风机叶轮表面采用降噪措施，可以有效地降低气动噪声的级别。
5.结论
本文采用CFD和声学模拟软件，对汽车空调系统中的离心风机流场和气动噪声进行了数