Pour résoudre la contradiction entre la faible pression d'air dans les ventilateurs de climatisation et la nécessité d'un débit d'air élevé et d'un faible bruit, cette étude a sélectionné un prototype de ventilateur à flux axial hautes-performances pour la climatisation comme modèle de recherche comparatif pour la conception en flèche-vers l'arrière. La structure de base du prototype comprend : diamètre extérieur de la roue 409 mm, diamètre de la roue 120 mm, rapport de la roue-à-de la roue 0,29, 4 pales, débit de 2 220 m³/h, pression statique de 20 Pa et vitesse de rotation de 880 tr/min. La nouvelle conception du ventilateur donne la priorité à un débit suffisant tout en se concentrant sur l'amélioration de la répartition du flux d'air interne pour réduire le bruit.
La conception du nouveau ventilateur est basée sur des recherches antérieures sur la dynamique des fluides et sur des méthodes de conception quasi-tridimensionnelles-existantes. Il utilise une technologie de balayage de pointe-et une approche de couplage CFD/CAO. Les caractéristiques structurelles d'un prototype de roue typique sont estimées à l'aide de CAO, et des calculs CFD tridimensionnels complets sont effectués à l'aide du logiciel commercial FLUENT pour examiner ses caractéristiques de débit externe et interne. Ces résultats sont ensuite comparés et analysés avec les résultats expérimentaux. Une conception préliminaire quasi-tridimensionnelle-de la roue est réalisée à l'aide de méthodes conventionnelles, et des calculs CFD sont effectués pour examiner ses caractéristiques d'écoulement externe et interne. Les résultats CAO/CFD du prototype de ventilateur et du nouveau ventilateur sont comparés et analysés, et les paramètres pertinents de la conception initiale sont ajustés pour obtenir une meilleure disposition aérodynamique. Le CFD est utilisé pour prédire les performances du ventilateur ajusté, et les paramètres pertinents sont ensuite ajustés en fonction des résultats du calcul pour optimiser davantage le ventilateur.
De plus, des paramètres tels que la longueur de la corde de la pale, l'angle d'installation de la pale, l'angle de cambrure du profil aérodynamique et la courbure médiane - du profil aérodynamique sont également pris en compte dans la conception. Des valeurs optimisées et une correspondance raisonnable entre ces paramètres sont effectuées pour améliorer les performances aérodynamiques et acoustiques du ventilateur.
En tenant compte des facteurs ci-dessus, la structure de base du nouveau ventilateur conçu est la suivante : diamètre extérieur du ventilateur 408 mm, diamètre de la turbine 100 mm, rapport de la turbine-à-de la turbine 0,245, nombre de pales 4, longueur de la pointe de la pale/corde de racine 276/80 mm, angle de courbure vers l'avant de 44 degrés et angle de balayage vers l'avant de 20 degrés.
Des simulations numériques ont été effectuées sur le ventilateur prototype et le nouveau ventilateur au sein de la même unité extérieure. L'unité réelle a été structurellement simplifiée lors des calculs, en négligeant l'influence de l'échangeur thermique, de la grille de sortie, du moteur et de son support, mais en prenant en compte l'entrée d'air latérale.
La méthode des volumes finis a été utilisée pour discrétiser les équations de contrôle, et le champ de débit constant tridimensionnel de l'ensemble de l'unité extérieure a été résolu à l'aide d'une solution implicite distincte. Le modèle de turbulence Spalart-Allmars a été sélectionné pour les calculs, avec un schéma de différence au vent du second-ordre pour le terme de convection et l'algorithme SIM PLE standard pour le couplage pression-température.
En raison de la complexité du système de ventilateur, l'ensemble du domaine informatique a utilisé un maillage non structuré, avec une taille de maillage totale de 110 x 10⁴. La région contenant la roue a été définie comme la région rotative et avait une taille de maille plus grande. Les conditions limites de pression sont utilisées à la fois pour l'entrée et la sortie, avec des conditions atmosphériques à l'entrée et différentes contre-pressions à la sortie. Le calcul est considéré comme convergent lorsque la valeur résiduelle est inférieure à 1 x 10⁻³.
