Om de tegenstelling tussen de lage luchtdruk in airconditionerventilatoren en de behoefte aan zowel een hoge luchtstroom als een laag geluidsniveau aan te pakken, heeft dit onderzoek een prototype van een krachtige- ventilator met axiale stroming voor airconditioning geselecteerd als vergelijkend onderzoeksmodel voor een terugspringend- ontwerp. De basisstructuur van het prototype omvat: buitendiameter waaier 409 mm, waaierdiameter 120 mm, waaier-tot- waaierverhouding 0,29, 4 bladen, debiet 2220 m³/u, statische druk 20 Pa en rotatiesnelheid 880 tpm. Het nieuwe ventilatorontwerp geeft prioriteit aan het garanderen van voldoende debiet, terwijl de focus ligt op het verbeteren van de interne luchtstroomverdeling om geluid te verminderen.
Het ontwerp van de nieuwe ventilator is gebaseerd op eerder onderzoek naar de vloeistofdynamica en bestaande quasi-drie- ontwerpmethoden. Het maakt gebruik van toonaangevende-edge sweep-technologie en een CFD/CAD-koppelingsaanpak. De structurele kenmerken van een typisch prototype-waaier worden geschat met behulp van CAD, en volledige drie-CFD-berekeningen worden uitgevoerd met behulp van de commerciële software FLUENT om de externe en interne stromingskarakteristieken ervan te onderzoeken. Deze resultaten worden vervolgens vergeleken en geanalyseerd met experimentele resultaten. Er wordt een voorlopig quasi-drie-waaierontwerp uitgevoerd met behulp van conventionele methoden, en er worden CFD-berekeningen uitgevoerd om de externe en interne stromingseigenschappen ervan te onderzoeken. De CAD/CFD-resultaten van de prototypeventilator en de nieuwe ventilator worden vergeleken en geanalyseerd, en relevante parameters in het initiële ontwerp worden aangepast om een betere aerodynamische lay-out te bereiken. CFD wordt gebruikt om de prestaties van de afgestelde ventilator te voorspellen, en op basis van de rekenresultaten worden relevante parameters verder aangepast om de ventilator verder te optimaliseren.
Bovendien wordt bij het ontwerp ook rekening gehouden met parameters zoals de koordelengte van het blad, de installatiehoek van het blad, de camberhoek van het vleugelprofiel en de middenkromming van het vleugelprofiel. Geoptimaliseerde waarden en een redelijke afstemming tussen deze parameters worden uitgevoerd om de aerodynamische en akoestische prestaties van de ventilator te verbeteren.
Rekening houdend met de bovengenoemde factoren is de basisstructuur van de ontworpen nieuwe ventilator als volgt: buitendiameter ventilator 408 mm, waaierdiameter 100 mm, waaier-tot- waaierverhouding 0,245, aantal bladen 4, bladpunt/wortelkoordlengte 276/80 mm, voorwaartse buighoek 44 graden en voorwaartse veeghoek 20 graden.
Er zijn numerieke simulaties uitgevoerd op zowel de prototypeventilator als de nieuwe ventilator binnen dezelfde buitenunit. De feitelijke eenheid werd tijdens de berekeningen structureel vereenvoudigd, waarbij de invloed van de warmtewisselaar, het uitlaatrooster, de motor en de ondersteuning ervan werd verwaarloosd, maar er werd rekening gehouden met de luchtinlaat aan de zijkant.
De eindige-volumemethode werd gebruikt om de controlevergelijkingen te discretiseren, en het drie-dimensionale constante stroomveld van de gehele buitenunit werd opgelost met behulp van een afzonderlijke impliciete oplossing. Voor de berekeningen werd het Spalart-Allmars-turbulentiemodel geselecteerd, met een tweede- bovenwinds verschilschema voor de convectieterm en het standaard SIM PLE-algoritme voor druk-temperatuurkoppeling.
Vanwege de complexiteit van het ventilatorsysteem werd in het hele rekendomein gebruik gemaakt van een ongestructureerd gaas, met een totale maaswijdte van 110 x 10⁴. Het gebied met de waaier werd gedefinieerd als het roterende gebied en had een grotere maaswijdte. Er worden drukrandvoorwaarden gebruikt voor zowel de inlaat als de uitlaat, met atmosferische omstandigheden aan de inlaat en verschillende tegendrukken aan de uitlaat. De berekening wordt als convergent beschouwd als de restwaarde kleiner is dan 1 x 10⁻³.
