轴流通风机叶片模态仿真及其对气动噪声的影响

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　　一、引言
　　轴流通风机当其叶片较薄以及过度前掠,重心偏离叶根截面中心时,较高转速造成的离心力和不稳定进气流造成的叶片升力的变化,很容易激发叶片振动。同时由于流固耦合,还可能造成叶片的驰振,使叶片提前疲劳损坏,降低风机效率,并产生较大的气动噪声。|MechNet|更多知识，请登陆中国机械专家网，http://www.mechnet.com.cn/
　　在叶轮设计时有必要对其振动模态进行计算,但叶片叶身曲面复杂,用经典理论无法求解,因此必须借用有限元模型来计算。ANSYS是当今比较有名的有限元分析软件之一,具有多种物理场的求解功能,可以很方便地进行模态分析;大型CAD系统软件UniGraphics具有丰富的曲面造型功能,非常适合于叶轮等具有复杂曲面实体的造型,建好的实体模型导入ANSYS即可进行模态分析。|MechNet|更多知识，请登陆中国机械专家网，http://www.mechnet.com.cn/
/ n% ~9 d* b% R8 d" g( e/ E　　二、叶轮CAD模型建立和接口导入
　　1.叶轮基本参数
# b( w; W) |6 u! F" U　　轴流通风机为整体注塑ABS塑料叶轮,叶片数为4,叶片较宽,叶片呈前掠状。工作转速为860 r/min,轮毂直径为0.147m,叶轮外径为0.42m。
# p( K$ }  p. Y　　2.几何模型建立
# ?+ M$ ]7 U& ~3 x) }. O　　通过三坐标测量仪测量得到叶片表面型值点,将点阵连接成曲面,并利用软件U G的曲面剪裁和缝合功能,将叶片的曲面连接起来。一旦所有曲面被缝合就自动生成以各曲面为边界的实体。
2 {. n6 G% x9 G& ]: s* J# @　　叶轮为循环对称结构,为加快有限元分析过程,利用ANSYS的循环对称分析功能,对一个90°基本扇区进行求解。建模时使全局坐标系的Z轴与叶轮旋转轴线对应,建立完整叶轮模型,然后用过轮毂轴线两个相互夹角为90°的两个平面切出1/4的叶轮模型(图1)。

　　3.导入几何模型
7 {7 S' x2 f. d1 U8 n　　能够将UG模型导入ANSYS的方法有3种,其中基于直接的模型数据交换的两种是:一是通过标准的数据接口将CAD模型数据转入分析系统;另外是通过ANSYS为UG提供的专用接口直接读入UG的prt文件;第三种借助UG的GFEMFEA。
　　 这里采取第二种方法,在功能菜单中点击File→Import→U G,再选取零件文件即可。
　　三、预处理和求解
　　1.输入材料物理参数
9 e. U% {3 l3 Q4 A+ B. o/ G　　输入ABS材料的物理性能参数:密度为1.2×10-6 g/mm3 ,弹性模量为2.3MPa,泊松比为0.38。
+ q# E+ q7 y( k7 s  Z　　2.选择单元类型
- \9 C1 X- ]9 f6 \& d* f2 U　　叶轮表面为变厚度复杂曲面,选用10节点的四面体单元solid92 ,该单元采用二次位移模式,非常适合对形状不规则的实体划分有限元模型。为了对基本扇区的两个间隔相对90°的轮毂的剖面划分网格,还选择了一种二维单元:MESH200单元,并设定单元形状参数为“trianglewith 6 nodes”(MESH200单元是专门用来划分网格,提供网格占位功能,不参加单元运算)。
　　3.划分网格
; p& p/ ?) ~. V1 o- g! D& x" f. X　　先用MESH200三角形平面单元划分轮毂上的两个剖面的一个面上的网格,然后通过MSHCOPY命令将该面上的网格拷贝到另外一个剖面上(完成后的网格单元如图2)。对整个模型用solid92单元分网格(完成后的网格单元如图3)。


& s2 I; ~5 u  A) Y文章关键词： 轴流通风机叶片   模态仿真