STAR-CCM风机仿真全攻略9讲：风机计算方法、P-Q曲线自动计算、效率优化和噪声计算案例实操

STAR-CCM 风机仿真全攻略9讲实用教程

详解3种风机计算方法、P-Q曲线自动计算、 效率优化和噪声计算 ，让学习者掌握风机原理与仿真方法 实现风机效率和噪音优化。

一、风机的分类

根据气流速度方向和叶片旋转轴的关系，风扇最主要包括轴流式和离心式两类：

轴流式：风扇入口和出口的气流方向均和叶片旋转轴平行 ·

离心式：风扇入口气流和叶片旋转轴平行，出口气流和叶片旋转轴垂直

二、风扇的气动性能

风扇的气动性能，主要通过两个曲线描述：P-Q曲线和效率曲线。

三、认识P-Q曲线

1、P-Q曲线 直接决定了风扇的适用条件，效率曲线决定了风扇的使用成本。

2、P-Q曲线描述了 风扇静压和流量之间的关系，是风扇最重要的特性曲线

3、风扇静压是风扇的出口静压和入口总压之间的差值，流量为通过风扇的体积流量。 

3、P-Q曲线呈单调递减形式，即风扇静压会随着流量的增加而减少。 

4、根据AMCA Standard 210-16的规定，将最大流量工况称为”free delivery“，0 流量工况称为”shut-off“。

四、效率曲线

效率曲线描述了风扇气动效率和流量之间的关系。风扇效率计算公式为：

其中，Q 为体积流量，Ps 为风扇静压，Pi 为风扇输入功率。效率曲线为山峰状，即中等流量工况下风扇效率较高，小流量和大流量的效率较低。在 0 流量和最大流量两个极端工况下，其效率为 0。

五、风扇气动性能曲线的CFD仿真

风扇在CFD仿真中包括两类情况：需要通过CFD获得气动性能，并指导设计优化 ·需要通过CFD进行合理的风扇选型与评估。通过CFD获取风扇P-Q曲线和效率曲线，其步骤如下：

1、确定需要分析的叶片转速

2、对计算域进行网格划分

3、对最大流量工况进行分析

4、对其他工况点进行分析 

5、汇总结果并绘制曲线

六、风机计算的三种方法

风扇的CFD建模方法包括移动参考系法、刚体运动（滑移网格法）、重叠网格三类。

1、移动参考系法：主要用于稳态分析，快速比较不同设计方案的优劣；

2、刚体运动法：用于对某些重点方案进行精细仿真和数据获取。

3、重叠网格方法：多用于复杂运动组合

七、风机P-Q曲线的自动计算

P-Q曲线描述了风扇静压和体积流量之间的关系，STAR-CCM 的Design Manager中的扫掠功能，自变量为体积流量，目标函数为静压差，通过扫描计算不同体积流量下的静压差，自动得到P-Q曲线。

八、风机效率优化

风机效率优化有两种方法：参数化优化

优化前

优化后

风机效率优化有两种方法：伴随形状优化

八、风机噪音计算

风机噪音计算方法：分离涡模拟 FW-H远场声学模型

九、课程安排

第1节：风机仿真介绍

第2节：风机仿真思维导图

第3节：风机计算的三种方法-移动参考系法

第4节：风机计算的三种方法-刚体运动法

第5节：风机计算的三种方法-重叠网格法

第6节：风机P-Q曲线的自动计算

第7节：风机效率优化-参数化优化

第8节：风机效率优化-伴随形状优化

第9节：风机噪音计算