胡家渝

(西南電子技術(shù)研究所，成都 610036)

基于逆向工程的微型軸流風(fēng)機(jī)性能分析與實(shí)驗(yàn)研究

胡家渝

(西南電子技術(shù)研究所，成都 610036)

在實(shí)際電子設(shè)備冷卻的CFD分析中，為了減少計(jì)算量，通常都使用集總參數(shù)的模型進(jìn)行替換，通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)獲得相應(yīng)的PQ曲線，用于描述不同阻力情況下風(fēng)量的變化情況。但是由于實(shí)際的應(yīng)用中風(fēng)機(jī)安裝的結(jié)構(gòu)要求及設(shè)備設(shè)計(jì)要求越來(lái)越緊湊，風(fēng)機(jī)的進(jìn)出風(fēng)口都有較多遮擋，這些遮擋因素影響了風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)性能，進(jìn)而影響PQ曲線，因此需要對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行詳細(xì)建模以分析。采用逆向工程的方法,運(yùn)用三維激光掃描儀，建立了特定風(fēng)機(jī)的數(shù)字模型，然后通過(guò)MRF方法對(duì)其進(jìn)行了分析，研究了幾種不同的湍流模型和壁面處理模式對(duì)風(fēng)機(jī)性能特性計(jì)算的影響。同時(shí)采用符合AMCA-210-2007的風(fēng)機(jī)PQ特性測(cè)試系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行實(shí)測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和CFD模擬得到在相同條件下風(fēng)機(jī)的PQ性能曲線，并分析了導(dǎo)致這些計(jì)算結(jié)果的原因。分析結(jié)果表明：采用具有增強(qiáng)壁面處理的增強(qiáng)型-RNG模型所得結(jié)果最接近實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

逆向工程；CFD；湍流模型；MRF方法；風(fēng)機(jī)PQ特性曲線

在電子設(shè)備及系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)中，無(wú)論采用何種冷卻方式(如水冷、熱管)，最后都將涉及風(fēng)機(jī)的問(wèn)題[1]。研究人員采用CFD方法結(jié)合參數(shù)化建模對(duì)微型軸流風(fēng)扇進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化[2-3]。也有研究者采用逆向工程的方法[4]，運(yùn)用用三維掃描方式獲取風(fēng)扇模型，然后采用CFD分析風(fēng)扇噪音來(lái)源等。在實(shí)際電子系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)中，對(duì)于風(fēng)扇，在多數(shù)情況下為了減少計(jì)算量，通常都使用集總參數(shù)的模型進(jìn)行替換，通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)獲得相應(yīng)的PQ曲線，用于描述不同阻力情況下風(fēng)量的變化情況。但是由于實(shí)際的應(yīng)用中風(fēng)機(jī)安裝的結(jié)構(gòu)要求及設(shè)備設(shè)計(jì)要求越來(lái)越緊湊，風(fēng)機(jī)的進(jìn)出風(fēng)口都有較多遮擋。這些遮擋因素不可避免地影響到了風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)性能。J.Hennissen[5]首先對(duì)電子設(shè)備冷卻用微型軸流風(fēng)機(jī)的CFD建模分析進(jìn)行了研究。Hajime 等[6-9]研究了風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口葉輪有阻擋時(shí)的CFD建模方法及對(duì)風(fēng)機(jī)流量減少的影響情況。G.Ali等[10]分析了通風(fēng)風(fēng)機(jī)防護(hù)罩對(duì)風(fēng)機(jī)PQ特性曲線的影響。Takashi Fukue[11]采用了CFD建模及實(shí)驗(yàn)方法分析了不同遮擋率對(duì)風(fēng)機(jī)特性及冷卻性能的影響。T.Fukue等[13]采用流場(chǎng)可視化的實(shí)驗(yàn)方法研究了有遮擋時(shí)風(fēng)機(jī)入口流場(chǎng)流型和風(fēng)機(jī)性能的變化關(guān)系。在湍流模型的選用上，尚未有在不同湍流模型下計(jì)算結(jié)果的比較分析研究，且風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪的建模方式多采用廠家直接提供模型的方式，對(duì)于多數(shù)實(shí)際工程研究工作而言，這些風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)子的模型是難以獲得的。

本研究采用逆向工程方法，采用三維掃描技術(shù)對(duì)實(shí)際風(fēng)扇葉片及轉(zhuǎn)子進(jìn)行掃描，形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再通過(guò)逆向建模軟件Geomagic studio形成stp格式的實(shí)體模型，然后對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分及CFD計(jì)算。同時(shí)利用滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)典型風(fēng)扇進(jìn)行了測(cè)試，并將其作為參考基準(zhǔn)與CFD計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，分析了不同湍流模型對(duì)PQ性能曲線的影響。

1 模型的建立

對(duì)于葉輪機(jī)械的CFD模擬通常采用多重參考系法(MRF)或動(dòng)網(wǎng)格法。動(dòng)網(wǎng)格法比多重參考系法更為精確,由于其采用非穩(wěn)態(tài)求解,在網(wǎng)格上要求更加苛刻，同時(shí)會(huì)耗用大量的計(jì)算資源，經(jīng)濟(jì)性差。MRF方法是一種穩(wěn)態(tài)算法。在該算法中,風(fēng)機(jī)及其附近區(qū)域定義在旋轉(zhuǎn)參考系下,其他區(qū)域則定義在靜止參考系下,風(fēng)機(jī)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)參考系是靜止的。MRF方法對(duì)計(jì)算資源占用較少,精度也能滿(mǎn)足一般工程要求,因此本研究將采用MRF對(duì)風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1.1 幾何模型的建立

由于風(fēng)機(jī)的葉輪涉及比較敏感的技術(shù)細(xì)節(jié)，廠家一般不提供相應(yīng)的幾何模型，因此需要采用特殊的方法獲得其核心葉輪結(jié)構(gòu)的幾何模型。本研究采用了逆向工程方法，采用激光三維掃描技術(shù)生成點(diǎn)云，再構(gòu)建相應(yīng)的實(shí)體模型。目前該方法技術(shù)成熟度很高，其誤差可控制在±0.1 mm左右。形成的點(diǎn)云采用Geomagic studio進(jìn)行逆向建模，生成了相應(yīng)的三維實(shí)體模型，模型可滿(mǎn)足三維數(shù)值模擬的要求。圖1為過(guò)三維掃描成型點(diǎn)云及根據(jù)點(diǎn)云進(jìn)行逆向建模的計(jì)算模型。

圖1 三維掃描采集的點(diǎn)云及形成的實(shí)體模型

所采用的風(fēng)機(jī)尺寸為40 mm×40 mm×25 mm，風(fēng)機(jī)HUB的尺寸為24 mm，轉(zhuǎn)速為13 000 r/min，采用定速模式運(yùn)行。

1.2 計(jì)算方法及邊界條件設(shè)定

MRF方法的本質(zhì)是建立與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)一起運(yùn)動(dòng)的相對(duì)坐標(biāo)系，在其相對(duì)坐標(biāo)系上建立控制方程，通過(guò)相對(duì)坐標(biāo)與絕對(duì)坐標(biāo)之間的坐標(biāo)變換，即可以得到在絕對(duì)坐標(biāo)系中流體運(yùn)動(dòng)的控制方程，于是非定常問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為定常問(wèn)題。計(jì)算只考慮動(dòng)量方程和連續(xù)性方程，不考慮能量方程。MRF坐標(biāo)變換如圖2所示。

圖2 MRF坐標(biāo)變換

圖2兩個(gè)坐標(biāo)系中，相對(duì)速度與絕對(duì)速度關(guān)系為：

(1)

(2)

將風(fēng)機(jī)置于一個(gè)數(shù)值風(fēng)洞中進(jìn)行模擬，如圖3所示。風(fēng)機(jī)下游按ACMA風(fēng)機(jī)測(cè)試的要求留有大于12倍風(fēng)機(jī)直徑的長(zhǎng)度。通過(guò)設(shè)定出口位置的開(kāi)度，形成不同的阻力及不同的流量。另外，測(cè)量進(jìn)出口靜壓差，聯(lián)合兩組數(shù)據(jù)，進(jìn)而形成不同的流量下風(fēng)機(jī)的PQ特性曲線。建模過(guò)程中需要將一個(gè)圓柱形區(qū)域覆蓋葉輪，形成MRF區(qū)域，并按風(fēng)機(jī)手冊(cè)上的描述，將其旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定為13 000 r/min。

MRF區(qū)域直徑不能大于葉輪直徑，也不能小于直徑，必須仔細(xì)調(diào)整MRF區(qū)域與葉輪直徑一致，否則計(jì)算所得的風(fēng)機(jī)靜壓將嚴(yán)重偏小。

圖3 計(jì)算所采用的邊界及MRF設(shè)定

1.3 網(wǎng)格劃分

為降低網(wǎng)格工作量，采用全正交的笛卡兒網(wǎng)格體系。分別采用局部加密和非局部加密的方式對(duì)葉輪及計(jì)算域進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格數(shù)量由小到大分別采用了30萬(wàn)、70萬(wàn)及200萬(wàn)網(wǎng)格。網(wǎng)格獨(dú)立性檢查結(jié)果表明：采用70萬(wàn)網(wǎng)格比較合理。圖4是加密前后網(wǎng)格分布情況。

圖4 計(jì)算域網(wǎng)格未局部加密與局部加密對(duì)比

1.4 計(jì)算設(shè)定

采用有限容積法進(jìn)行分析。在分析中:對(duì)于離散格式，為消除假擴(kuò)散現(xiàn)象，采用二階迎風(fēng)格式；對(duì)于速度壓力耦合，采用SIMPLE算法。當(dāng)殘差小于0.000 1時(shí)認(rèn)為達(dá)到收斂條件。在數(shù)值風(fēng)洞中計(jì)算出口開(kāi)度為0.9,0.8,0.6,0.4,0.3,0.2,0.1,0.05時(shí)的情況。每個(gè)開(kāi)度為1個(gè)計(jì)算工況，每個(gè)計(jì)算工況所需時(shí)間約為3 h左右。針對(duì)不同的湍流模型再次計(jì)算，共計(jì)耗時(shí)約1 d。

1.5 湍流模型選擇

計(jì)算中采用了不同的湍流模型進(jìn)行計(jì)算結(jié)果比較，所采用的湍流模型有如下特點(diǎn)：

1) Spalart-Allmaras 模型。該模型是一方程線性渦黏性模型。SA 模型依據(jù)經(jīng)驗(yàn)、量綱分析等得到渦黏性系數(shù)的輸運(yùn)方程，是近似的輸運(yùn)方程，可以得到更好的性能，對(duì)各種機(jī)制進(jìn)行更好的控制。Spalart-Allmaras模型設(shè)計(jì)用于航空領(lǐng)域，主要應(yīng)用為有壁面束縛流動(dòng),如對(duì)飛機(jī)機(jī)翼、風(fēng)力發(fā)電葉片的分析。

2) 標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。適用范圍最廣，其湍動(dòng)能輸運(yùn)方程是通過(guò)精確的方程推導(dǎo)得到，耗散率方程是通過(guò)物理推理得到。其方程是在流動(dòng)為完全湍流假設(shè)下導(dǎo)出的，忽略了分子黏性。因此，標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型只適合完全湍流的流動(dòng)過(guò)程模擬。

3) RNGk-ε模型。該模型來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，但有如下改進(jìn)：① RNG模型修改了ε方程，改善了精度；② 考慮到了湍流漩渦；③ RNG理論為湍流Prandtl數(shù)由一解析式給出，而非標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的用戶(hù)提供常數(shù)；④ 在低雷諾數(shù)下其流體的黏性由解析式給出而非常數(shù)。以上這些特點(diǎn)使得RNGk-ε模型比標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型有更高的可信度和精度。

4) SST-k-ω模型。這是一種分區(qū)模型。在邊界層的黏性底層和對(duì)數(shù)律層采用k-ω模型；在自由剪切層中采用k-ε模型。

5) 增強(qiáng)壁面處理。這是一種近壁面模型方法。在近壁面網(wǎng)格劃分較精細(xì)時(shí)，增強(qiáng)壁面函數(shù)等同于雙層模型；對(duì)于較粗糙的網(wǎng)格該模型類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。在沿壁面有大量耗散或有巨大壓力梯度或邊界層分等時(shí)有必要采用增強(qiáng)壁面法的雙方程模型。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)置實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)采用臺(tái)灣瑞領(lǐng)公司的LW-9266SR 風(fēng)機(jī)PQ特性測(cè)試裝置,測(cè)試流量范圍：2.4～250 CFM，流量測(cè)試精度<3.5% INFS，重復(fù)誤差<2 %，測(cè)量靜壓范圍為0～200 Pa。風(fēng)機(jī)電壓為24 V，功率為3.6 W。所用測(cè)試裝置符合AMCA-210-2007中Fig.11[14]的規(guī)定，采用向內(nèi)排風(fēng)的方式進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖5所示。

噴嘴組件獲得風(fēng)機(jī)流量， P7測(cè)點(diǎn)測(cè)量風(fēng)機(jī)的出口靜壓。實(shí)驗(yàn)由測(cè)試臺(tái)自帶軟件執(zhí)行相關(guān)測(cè)試程序，并自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果及PQ性能圖線。首先測(cè)試系統(tǒng)分析出風(fēng)機(jī)的最大流量，而后根據(jù)測(cè)試軟件中設(shè)定的測(cè)點(diǎn)數(shù)目(這里取值為15，測(cè)15個(gè)點(diǎn))自動(dòng)劃分出測(cè)試增量，最后從最大流量開(kāi)始測(cè)量到最大差壓結(jié)束。

圖5 AMCA-210-2007測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)及測(cè)試臺(tái)實(shí)物

3 計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

不同湍流模型所計(jì)算所得的PQ曲線如圖6所示。在失速區(qū)，通過(guò)葉輪的流量急劇降低，葉間二次流增強(qiáng)，流動(dòng)分離現(xiàn)象加劇，此時(shí)湍流模型的選用對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)升力及風(fēng)機(jī)壓頭有重要作用。

標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型由于對(duì)湍流擴(kuò)散的預(yù)測(cè)偏強(qiáng)，在趨向失速區(qū)域至完全失速區(qū)域?qū)θ~片間較強(qiáng)的分離流動(dòng)、旋流等無(wú)法準(zhǔn)確描述，因此導(dǎo)致預(yù)測(cè)的壓頭偏小。而采用增強(qiáng)壁面處理的增強(qiáng)型RNG模型在該區(qū)域內(nèi)預(yù)測(cè)效果明顯好于標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。

近壁面的處理方法對(duì)預(yù)測(cè)模型的摩擦阻力、壓降有重要影響，標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)處理壁面，其采用了局部平衡假設(shè)，當(dāng)有強(qiáng)壓力梯度、有壁面輸運(yùn)發(fā)生、強(qiáng)的體積力、較強(qiáng)的三維流動(dòng)、近壁面流體物性快速等情況時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)是不可靠的。風(fēng)機(jī)葉間流動(dòng)在失速區(qū)存在顯著的三維流動(dòng)，這也是導(dǎo)致采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型無(wú)法正確預(yù)測(cè)近失速和失速段壓降的重要原因。采用增強(qiáng)壁面處理的RNG模型或雙方程模型就可有效克服這些問(wèn)題，其預(yù)測(cè)精度也高于標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。在增強(qiáng)壁面處理中，采用了增強(qiáng)壁面函數(shù)和雙層模型用于提高預(yù)測(cè)精度。而在工作區(qū)域，所有的RANS模型對(duì)壓頭的預(yù)測(cè)均偏高，這是由Boussinesq假設(shè)造成的，即雷諾應(yīng)力各向同性假設(shè)。各向同性假設(shè)認(rèn)為：

由于采用MRF方法存在旋轉(zhuǎn)流動(dòng)區(qū)域，導(dǎo)致以上雷諾應(yīng)力與應(yīng)變項(xiàng)Sij不再成一致變化趨勢(shì)，Boussinesq假設(shè)不完全滿(mǎn)足，從而導(dǎo)致預(yù)測(cè)的壓頭數(shù)值偏差。

在開(kāi)度較大、阻力較小、風(fēng)機(jī)流量較大位置，壓頭預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度一致，此時(shí)氣流分離程度較低，流動(dòng)的物理形態(tài)與RANS模型的各項(xiàng)假設(shè)前提吻合度較高，所以預(yù)測(cè)結(jié)果十分良好。

Spalart-Allmaras 模型和k-ε模型一樣采用Boussinesq假設(shè)，因此其預(yù)測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型十分接近，但是由于其是一方程模型，其計(jì)算量明顯下降。采用SSTk-ω模型時(shí)，由于該模型對(duì)分離的預(yù)測(cè)一般偏早，導(dǎo)致其在失速過(guò)程中的預(yù)測(cè)壓頭數(shù)偏高。

圖6 不同湍流模型計(jì)算的PQ曲線與實(shí)驗(yàn)測(cè)試PQ曲線圖比較

對(duì)于風(fēng)扇的外部流場(chǎng)，由圖7可見(jiàn)：在開(kāi)度較小時(shí)，葉片處于失速狀態(tài)，氣流在葉片內(nèi)部難以流出，流量小；開(kāi)度較大時(shí)，氣流流量增大，攻角變小，葉片工作狀態(tài)改善，出風(fēng)口氣體旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度增加。這些情況與理論情況相符，證明了采用CFD分析的風(fēng)機(jī)的結(jié)果是可信的。

圖7 不同開(kāi)度條件風(fēng)機(jī)外流場(chǎng)情況

4 結(jié)論

1) 在失速區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)k-ε、Spalart-Allmaras模型對(duì)靜壓的預(yù)測(cè)偏小，增強(qiáng)型RNG模型及RNG模型對(duì)失速區(qū)靜壓的預(yù)測(cè)效果很好，誤差較小。

2) 在喘振區(qū)，葉輪趨于失速狀態(tài)，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型對(duì)靜壓的預(yù)測(cè)偏大，而增強(qiáng)型RNGk-ε模型及RNGk-ε對(duì)此的預(yù)測(cè)要好于標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。

3) 在工作區(qū)內(nèi)，各模型對(duì)靜壓的預(yù)測(cè)都較實(shí)驗(yàn)值高，最為接近實(shí)驗(yàn)值的是RNG模型、增強(qiáng)型RNG，其余模型均偏高10～15 Pa。

4) 采用增強(qiáng)壁面處理的RNG模型在整個(gè)風(fēng)機(jī)工作區(qū)域內(nèi)預(yù)測(cè)結(jié)果最佳。

通過(guò)對(duì)模擬的流場(chǎng)及葉輪速度、壓力分布可知，采用MRF模擬的結(jié)果與理論分析的流場(chǎng)結(jié)果是正確的。風(fēng)機(jī)外部流場(chǎng)與實(shí)際情況相比是相符的。采用逆向工程獲得的實(shí)體模型可采用MRF方法計(jì)算，獲得風(fēng)機(jī)的PQ特性曲線。采用RNG雙方程模型的計(jì)算結(jié)果要好于其他RANS湍流模型，且采用增強(qiáng)型RNG模型的計(jì)算結(jié)果更接近于對(duì)實(shí)際葉型的風(fēng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

[1] 胡家渝.航電設(shè)備內(nèi)冷通道擴(kuò)展表面的傳熱與流動(dòng)特性研究[J],重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2013,27(8):101-106.

HU Jiayu.Thermal hydraulic performance of the extend surface use in a avionic system internal cooling channels[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2013,27(8):101-106．

[2] 周建輝,楊春信.CPU軸流風(fēng)扇參數(shù)化設(shè)計(jì)模擬及其應(yīng)用[J].電子學(xué)報(bào)，2008，36(8):1526-1531.

ZHOU Jianhui,YANG Chunxin.Parametric Design and Numerical Simulation of CPU Axial-Flow Fan with Application[J].Acta Electronica Sinica,2008，36(8):1526-1531.

[3] 周建輝,楊春信,魯俊勇.CPU 空氣強(qiáng)迫對(duì)流冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子學(xué)報(bào),2007,35(8):1592-1597.

ZHOU Jianhui,YANG Chunxin,LU Junyong.CPU Air Forced Convection Cooling Systems Design[J].Acta Electronica Sinica,2007，35(8):1592-1597.

[4] 方建華，周以齊，焦培剛，等.基于逆向和CFD的挖掘機(jī)冷卻風(fēng)扇降噪分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,31(15):86-90.

FANG Jianhua,ZHOU Yiqi,JIAO Peigang，et al.Analysis on Noise Lowering of Cooling Fan on Excavator Based on Reverse Engineering and CFD[J].Journal of Wuhan University of Technology,2009,31(15):86-90.

[5] HENNISSEN J,TEMMERMAN W,BERGHMANS J,et al.Modelling of Axial Fans for Electronic Equipment[C]//Thermal Management of Electronic Systems II.1997:309-318.

[6] HAJIME N.Cooling Fan model for Thermal Design of Compact Electronic Equipment[C]//The 45 National Heat Transfer Symposium of Japan.2008.

[7] HAJIME N.Cooling Fan Model for Thermal Design of Compact Electronic Equipment Consideration of Swirling Flow at the Exit of an Axial Flow Fan[C]//The 47 National Heat Transfer Symposium of Japan.2010.[8] HAJIME N.Modeling of an axial-flow-fan using non-dimensional swirl coefficient Effect of an obstruction[C]//The 49 National Heat Transfer Symposium of Japan.2012.[9] NAKAMURA,H,FUKUE T,KOIZUMI K,et al.Reduction in flow rate of small cooling fans by an obstruction[J].Trans.JSME Series B,2010,76(768):1184-1190.

[10]TAKASHI F,KATSUHIRO K,MASARU I,et al.Effect on Inlet Vent Porosity on Fan Characteristic Performance for Electronics Cooling[C]//ASME 2009 InterPACK Conference.San Francisco,California,USA:[s.n.],2009:19-23.

[12]TAKASHI F,MASARU I.Model for predicting performance of cooling fans for thermal design of electronic equipment[J].Heat Transfer-Asian Research,2011,40,(4):369-386.

[13]FUKUE T,HATAKEYAMA T M,ISHIZUKA K.Koizumi,“Relationship Between Flow Pattern in Front of Fans and Decreases of Fan Performance”,Proc.of ISTP22.2011.

[14]ANSI/AMCA 210-2007 ANSI/ASHRAE 51-2007,Laboratory Methods of Testing Fans for Certified Aerodynamic Performance Rating[S].

(責(zé)任編輯 劉 舸)

Analysis of Micro Axial Fan Performance Based on Reverse Engineering

HU Jia-yu

(Southwest Institution of Electronic Technology, Chengdu 610036, China)

The lump model is often used to replace to decrease the costs of compute in practical electronic cooling CFD analysis. The PQ curve was obtained through relevant experiment standard to describe variation of air volume under different resistance. With the requests of the more compact design, the inlet and outlet may be obstructed by some structure components and led more air dynamical change and the changes of the PQ curve. It should use the rotor’s detail model in CFD design to predict the results. Numerical model was built based on reverse engineering and the axial fan geometry model was acquired by 3D laser scanner, and MRF(Multiple Reference Frames)method was used to simulate the axial fan, and some turbulent model were used to compare the result to the experiment data that was evaluated by a system that comply with the AMCA-210-2007 standard. Through the experiment and CFD simulation, we obtained PQ performance curve in the same wind machine, and analyzed the causes of these results.The results obtained by the enhanced-RNG model with enhanced wall treatment are the closest to the actual experimental results

reverse engineering; CFD; turbulent model; MRF method; PQ curve of the axial

2016-09-15 基金項(xiàng)目：國(guó)防基礎(chǔ)科研計(jì)劃資助項(xiàng)目(JCKY2013210B004)

胡家渝(1978—)，男，工程師，主要從事電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)研究，E-mail:debuger2011@163.com。

胡家渝.基于逆向工程的微型軸流風(fēng)機(jī)性能分析與實(shí)驗(yàn)研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(2):117-123.

format：HU Jia-yu.Analysis of Micro Axial Fan Performance Based on Reverse Engineering[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(2):117-123.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.02.020

TN01

A

1674-8425(2017)02-0117-07