Princípio de projeto do ventilador de fluxo axial

Tendo em vista a contradição entre a baixa pressão do ar no desempenho dos ventiladores de ar condicionado e a exigência de grande volume de ar e baixo ruído no uso, este estudo selecionou um protótipo de ventilador de fluxo axial com excelente desempenho para ar condicionado como modelo de pesquisa comparativa para design varrido curvo. A estrutura básica do protótipo: diâmetro externo do impulsor 409mm, diâmetro do impulsor 120mm, relação do impulsor 0,29, número de pás 4, vazão 2220m3/h, pressão estática 20Pa, velocidade 880r/min. O design do novo ventilador tem como premissa garantir a vazão, focando em melhorar a distribuição interna do fluxo do ventilador para reduzir o ruído.
O projeto do novo ventilador é baseado em pesquisas anteriores de dinâmica de fluidos e em métodos de projeto quase{0}D existentes, usando tecnologia de curvatura de ponta e acoplamento CFD/CAD. As características estruturais do protótipo típico da roda eólica são estimadas por CAD, e o software comercial FLUENT é usado para realizar cálculos CFD 3D completos para examinar suas características de fluxo externo e interno, e comparar e analisar com resultados experimentais; o método convencional é usado para fazer um projeto preliminar do impulsor quase{2}}D, e cálculos CFD são realizados para examinar suas características de fluxo externo e interno; os resultados CAD/CFD do ventilador protótipo e do novo ventilador são comparados e analisados, e os parâmetros relevantes do projeto inicial são ajustados para alcançar um melhor plano de layout aerodinâmico; CFD é usado para prever o desempenho do ventilador após o ajuste, e os parâmetros relevantes são ajustados de acordo com os resultados do cálculo para otimizar ainda mais o ventilador.
Além disso, parâmetros como comprimento da corda da pá, ângulo de instalação da pá, ângulo de curvatura da pá e linha média do arco do aerofólio precisam ser considerados no projeto. Esses parâmetros são otimizados e razoavelmente combinados entre si para melhorar o desempenho aerodinâmico-acústico do ventilador.
Levando em consideração os fatores acima, a estrutura básica do novo ventilador é projetada: o diâmetro externo do ventilador é 408 mm, o diâmetro do impulsor é 100 mm, a relação do impulsor é 0,245, o número de pás é 4 , o comprimento da corda da ponta/raiz da lâmina é 276/80 mm, o ângulo de curvatura para frente é de 44 graus e o ângulo de varredura para frente é de 20 graus.
Na mesma unidade exterior, o ventilador protótipo e o novo ventilador são simulados numericamente, respectivamente. A máquina real é adequadamente simplificada no cálculo, e a influência do trocador de calor, grade de saída, motor e seu suporte não é considerada, mas a entrada lateral é considerada.
O método dos volumes finitos é usado para discretizar as equações de controle, e o campo de fluxo estacionário tridimensional de toda a unidade externa é resolvido implicitamente. O modelo de turbulência de arcos Spalart-Alm é usado para o cálculo, o termo de convecção adota o formato de diferença contra o vento de segunda ordem e o acoplamento pressão-grau é resolvido pelo algoritmo SIM PLE padrão.
Devido à complexidade do sistema de ventiladores, todo o domínio de cálculo utiliza grades não estruturadas, e o número total de grades é 110 x 104. A área onde o impulsor está localizado é definida como a área rotativa, que possui um grande número de grades. As condições de contorno de pressão são usadas tanto para a entrada quanto para a saída. A entrada está em condições atmosféricas e a saída recebe diferentes contrapressões. Quando o valor residual de cada cálculo é inferior a 1 x 10-3, o cálculo é considerado convergido.