Чтобы устранить противоречие между низким давлением воздуха в вентиляторах кондиционеров и необходимостью одновременно обеспечить высокий воздушный поток и низкий уровень шума, в рамках данного исследования был выбран прототип высокопроизводительного осевого вентилятора для кондиционирования воздуха в качестве сравнительной исследовательской модели со стреловидной-обратной конструкцией. В базовую конструкцию прототипа входят: наружный диаметр рабочего колеса 409 мм, диаметр рабочего колеса 120 мм, передаточное число-к-крыльчатки 0,29, 4 лопасти, расход 2220 м³/ч, статическое давление 20 Па, частота вращения 880 об/мин. В новой конструкции вентилятора приоритет отдается обеспечению достаточной скорости потока, при этом основное внимание уделяется улучшению распределения внутреннего воздушного потока для снижения шума.
Конструкция нового вентилятора основана на предыдущих исследованиях гидродинамики и существующих квази-трех-методах проектирования. В нем используются передовые-технологии развертки фронтов и подход, сочетающий CFD/CAD. Структурные характеристики типичного прототипа рабочего колеса оцениваются с помощью CAD, а полные трехмерные расчеты CFD выполняются с использованием коммерческого программного обеспечения FLUENT для изучения его внешних и внутренних характеристик потока. Затем эти результаты сравниваются и анализируются с экспериментальными результатами. Предварительное квази-трех-проектирование рабочего колеса выполняется с использованием традиционных методов, а расчеты CFD проводятся для изучения его внешних и внутренних характеристик потока. Результаты CAD/CFD прототипа вентилятора и нового вентилятора сравниваются и анализируются, а соответствующие параметры первоначального проекта корректируются для достижения лучшей аэродинамической компоновки. CFD используется для прогнозирования производительности настроенного вентилятора, а соответствующие параметры дополнительно корректируются на основе результатов расчетов для дальнейшей оптимизации вентилятора.
Кроме того, при проектировании учитываются такие параметры, как длина хорды лопасти, угол установки лопасти, угол развала профиля и средняя-кривизна профиля. Оптимизированные значения и разумное соответствие этих параметров выполняются для улучшения аэродинамических и акустических характеристик вентилятора.
Принимая во внимание вышеуказанные факторы, базовая конструкция проектируемого нового вентилятора следующая: внешний диаметр вентилятора 408 мм, диаметр рабочего колеса 100 мм, соотношение рабочего колеса-к-крыльчатки 0,245, количество лопастей 4, длина кончика лопатки/корневой хорды 276/80 мм, угол изгиба вперед 44 градуса и угол стреловидности вперед 20 градусов.
Численное моделирование было выполнено как для прототипа вентилятора, так и для нового вентилятора в одном и том же наружном блоке. При расчетах конструктивно упростили сам агрегат, пренебрегая влиянием теплообменника, выходной решетки, двигателя и его опоры, но учитывая боковой воздухозаборник.
Для дискретизации уравнений управления использовался метод конечных объемов, а трехмерное поле установившегося потока всего наружного блока решалось с использованием отдельного неявного решения. Для расчетов была выбрана модель турбулентности Spalart-Allmars с разностной схемой второго-порядка против ветра для конвекционного члена и стандартным алгоритмом SIM PLE для связи давления-температуры.
Из-за сложности веерной системы во всей расчетной области использовалась неструктурированная сетка с общим размером сетки 110 x 10⁴. Область, содержащая рабочее колесо, была определена как вращающаяся область и имела больший размер ячейки. Граничные условия по давлению используются как для входа, так и для выхода, с атмосферными условиями на входе и различными противодавлениями на выходе. Расчет считается сходящимся, если остаточная стоимость меньше 1 х 10⁻³.
