[发明专利]一种汽车发动机翼型斜流冷却风扇的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车发动机设备制造技术领域，涉及一种汽车发动机翼型斜流冷却风扇的确定方法。

背景技术

汽车发动机冷却风扇的设计和性能的好坏直接导致发动机运行效果，常成为阻碍发动机研制成功的关键部件，直接影响到发动机研制的全局。同时，对发动机的散热效果、噪声、燃油经济性和发动机功耗等均有直接影响。

冷却系统的设计，是由整个汽车的基本结构所决定，所以很难独立建立一套理论。因此，一般都是先用近似计算法进行设计，再对冷却系统各个因素及实车进行综合实验，根据实验结果再修正，以达到最佳化。传统设计过程中，需要开模生产风扇样品并根据风道试验得出的风扇性能数据，反复对模具和样品进行修改，直至最终得到性能合格的风扇。

目前国内汽车发动机冷却风扇的设计方法多为从给定的表面理想速度或压力分布出发，通过反问题计算直接得到叶型，由于在整个设计过程中没有明确给出几何约束，因此有可能出现几何形状不合理现象(如叶型过薄或过厚)，而且设计所得到的叶型，经过非设计工况正问题验算或试验验证，其气动特性未必会令人满意，此时则需重新给定速度或压力分布进行再设计，直到令人满意为止。或是应用现代优化设计手段，通过流体动力学软件对不同结构形式的风扇样品根据其测试性能建立风扇性能数据库，应用风机相似理论对风扇进行匹配和优选。整个流程耗费了大量人力和时间，设计成本高昂。

综上所述，现有技术存在以下问题：设计流程耗费了大量人力和时间，设计成本高昂；设计结果偏差大，设计更改周期长，成本高；很难满足与客户的设计条件相符，还必须进行进一步的优化处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车发动机翼型斜流冷却风扇的确定方法，解决了现有技术中最优流速分布不合理，采用试凑法来进行风扇验证，设计结果偏差大，设计更改周期长，设计制作过程费时费力的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种汽车发动机翼型斜流冷却风扇的确定方法，按照以下步骤具体实施：

步骤1、假定将斜流风扇中实际的三元流动为子午面流线绕轴旋转所得到的圆锥回转流面，以一定半径沿风扇轴线方向从叶轮上截取一个圆锥环，得到由形状相同的叶片切面所组成、彼此以一定距离沿圆周排成的环形叶栅，再将该环形叶栅投影到某一平面上得到平面叶栅，即得到平面叶栅基本参数，

表1、本发明方法涉及到的叶栅参数符号表

步骤2、为了求解上述有关的平面叶栅参数，需要根据风扇设计要求和叶片数以及子午流面形状共同确定，得到确定的子午面形状，具体步骤如下：

2.1)、根据第一条流线的叶轮入口几何半径r_1a、出口倾斜角度θ_a、叶轮轴向宽幅T和风扇直径来确定点A、点C；

2.2)、从风扇前端面气流入口处量取0.8T的长度作为点D，通过点D做一条斜率为7.5°的斜线，并定义为流线i；

2.3)、流线i和气流入口的端面交与点B，流线a和流线i相交于点E；

2.4)、将线段AB进行8等分，将各个等分点均与点E连接，分别依次称为流线b～流线h；

2.5)、流线i与从气流入口处量取长度T距离的端面交与点F；

2.6)、各流线a～流线i分别和线段AB的交点构成叶轮入口几何半径r₁；

2.7)、各流线a～流线i分别和线段CD的交点构成叶轮出口几何半径r₂，即理论计算用的气流出口半径值；

2.8)、各流线a～流线i分别和线段CF的交点构成叶轮实际形状上的气流出口半径值r₃，

上述描述中仅显示出流线e的相关参数及位置关系，其他流线参数依此类推，在CAD作图环境中，按上述步骤绘制的子午流面的形状，确定各条流线的角度，同时，流线和叶片前后缘相交的位置、前倾量、叶片顶部子午流面的宽幅等数值都在成型的图面中测量得知；

步骤3、理论全压升的计算

3.1)、按下式计算入口面积A₁和出口面积A₂，以流线e的方向为基准，φ_e为流线e与水平线的夹角，所有各个符号的下标1表示入口位置参数，各个符号的下标2表示出口位置参数：