【应用】列车冷却系统静音风扇仿真设计
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Voith Turbo是一家在动力传输领域的领先公司，其产品应用于公路、铁路和水运。Voith Turbo冷却系统公司（Voith Turbo的一家分公司）的产品安全可靠地运行于世界各地的轨道车辆和机车领域，包括高铁。这些冷却系统用于冷却内燃机、变速箱、变压器、逆变器、扼流圈以及驱动电机等，这都需要大容量风机来提供冷却空气。按典型风扇设计的一个缺点是在3500rpm、叶尖速度达到360km/hr时发出的噪声过于严重。为降低噪声水平，Voith Turbo冷却系统公司的工程师和德国席根大学的研究人员开发了Voith SilentVent™技术，但是在轨道车辆和机车同样应用这种技术是一种挑战：冷却系统在轨道车辆上是安装在天花板上部或地板下面，相对机车来说这过于紧凑。风扇入口经常收到限制，气流进入叶片流道被高度扭曲，这降低了风机效率，增加了噪声。另一个关键因素是没有更多的安装空间，满足不了空气流通量需求。另外，其它设备也会占据空间，而风扇罩需要特定的轴向安装高度。从噪声方面来看，列车冷却系统是开放系统，因为冷却机组是透声的。
顶部安装冷却系统
地板安装冷却系统
为研究SilentVent风机技术的效率和噪声与标准风扇的对比，Voith Turbo基础研发部的工程师采用流体力学软件和自己的经验来进行，目的是演示采用ANSYS CFX流体动力学软件模拟完整冷却系统的可靠性。冷却系统有四个换热器和三个轴流风扇组成，换热器采用多孔介质模型模拟，ANSYS CFX的多孔介质模型基于达西定律，换热器模型通过调整损失系数来校准，以模拟特性曲线（压损VS体积流量）。标准风扇或SilentVent技术的仿真流线显示通过换热器都没有回流，通过使用ANSYS流体力学软件，工程师可以确定每一个风扇的流量以及从换热器到风扇的流量分配情况，研究团队还建立了风扇的设计数据比如扭矩、额定输入、整个冷却系统的压升和效率，这些信息在理想情况下的风扇测试中是难以获得的。
模拟的风扇排气
工程师还采用ANSYS CFX 透平噪声宏（基于罗森模型）来评估噪声。这个噪声评估工具显示了接近试验的结果，这个工具可以比较不同的设计，确保SilentVent风扇噪声低于标准风扇。SilentVent风扇的进出口距离大于标准风扇，这导致进口更加接近附近阻碍物，如果是地面，换热器和入口之间的气流方向改变更大，SilentVent风扇叶片被设计为不会引起流动分离的型式。
标准风扇（左）与SilentVent风扇（右）
叶尖涡
Voith Turbo公司已经确定采用ANSYS仿真工具，基础研究部门的工程师信赖工程模拟，包括流体动力学。工程师采用流体力学设计液力变矩器、液力耦合器、液力制动器，还有各种透平机械的应用场合。ANSYS CFX在Voith Turbo公司用于模拟非常复杂的情况：从不可缩流到可压缩流，多相流到空化研究等。同时，ANSYS CFX也是旋转机械流动模拟的必需品。
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