基于表面粗糙度修正的冷却风扇数值模拟方法研究

傅佳宏，张 宇，肖宝兰，张旭方，左 强

(浙江大学城市学院 工程学院， 杭州 310015)

轴流式冷却风扇在工业领域具有广泛的应用，对其性能进行精准的数值模拟研究，在冷却系统匹配、节能减排、气动噪声抑制等方面具有重要的工程应用意义[1-2]。风扇旋转时，通过具有不同压力曲线的风扇叶片与空气、护风罩之间复杂的双向流固耦合[3-4]及周期性作用，形成旋转流场与风扇前后的静压升。

目前，工程领域的主流风扇性能预测模型是多重参考坐标系(MRF)计算模型，该模型将风扇流动区域定义在旋转坐标系下，其它区域定义在静止参考系下，通过坐标系的不断重建来模拟风扇的旋转。由于模型中包含详细的风扇叶片几何信息，可以直接模拟出压力阶跃以及旋转流场等风扇特性，在预测精度及计算资源的消耗方面具有相当的优势[5-6]。由于采用了定常的近似求解，如何对MRF方法进行修正，进一步提高其模拟精度仍然面临着挑战。Wang等[7]研究了风扇旋转区的选择对其性能的影响，认为风扇旋转区应该为护风罩所包含区域，而不仅仅是风扇直径与厚度形成的圆柱区。Shankar等[8]采用MRF模型建立了风扇的数字风洞实验室用以进行实际风扇的修正。Gullberg等[9-11]认为对于风扇旋转流体区域的选择要包括与风扇有剧烈相互作用的区域和风扇附近非对称旋转部件，并提出将风扇转速提高14%所得的数值模拟结果可很好地与实验值进行匹配。Sengupta等[12]指出，通过MRF模型旋转流体区域、紊流模型、风扇网格质量进行一定的适应性修正后，完全可以达到工程实际的需求。……