Để giải quyết mâu thuẫn giữa áp suất không khí thấp trong quạt điều hòa không khí và nhu cầu về luồng khí cao cũng như độ ồn thấp, nghiên cứu này đã chọn một nguyên mẫu quạt hướng trục có hiệu suất cao-cho máy điều hòa không khí làm mô hình nghiên cứu so sánh cho thiết kế-cuộn ngược. Cấu trúc cơ bản của nguyên mẫu bao gồm: đường kính ngoài của cánh quạt 409 mm, đường kính cánh quạt 120 mm, tỷ lệ cánh quạt-đến{6}}bánh công tác 0,29, 4 cánh quạt, tốc độ dòng chảy 2220 m³/h, áp suất tĩnh 20 Pa và tốc độ quay 880 vòng/phút. Thiết kế quạt mới ưu tiên đảm bảo đủ tốc độ dòng khí đồng thời tập trung vào việc cải thiện khả năng phân phối luồng khí bên trong để giảm tiếng ồn.
Thiết kế của quạt mới dựa trên nghiên cứu động lực học chất lỏng trước đây và các phương pháp thiết kế gần như ba chiều hiện có. Nó sử dụng công nghệ quét biên-hàng đầu và phương pháp ghép nối CFD/CAD. Các đặc điểm cấu trúc của một cánh quạt nguyên mẫu điển hình được ước tính bằng CAD và các phép tính CFD ba chiều đầy đủ{5}}được thực hiện bằng phần mềm thương mại FLUENT để kiểm tra các đặc tính dòng chảy bên ngoài và bên trong của nó. Những kết quả này sau đó được so sánh và phân tích với kết quả thực nghiệm. Thiết kế cánh quạt gần như{8}}ba{9}}chiều sơ bộ được thực hiện bằng các phương pháp thông thường và các phép tính CFD được tiến hành để kiểm tra các đặc tính dòng chảy bên ngoài và bên trong của nó. Kết quả CAD/CFD của quạt nguyên mẫu và quạt mới được so sánh và phân tích, đồng thời điều chỉnh các thông số liên quan trong thiết kế ban đầu để đạt được bố cục khí động học tốt hơn. CFD được sử dụng để dự đoán hiệu suất của quạt đã điều chỉnh và các thông số liên quan sẽ được điều chỉnh thêm dựa trên kết quả tính toán để tối ưu hóa hơn nữa quạt.
Ngoài ra, các thông số như độ dài dây cung của cánh, góc lắp đặt cánh, góc khum của cánh máy bay và độ cong-giữa của cánh máy bay cũng được xem xét trong thiết kế. Các giá trị được tối ưu hóa và kết hợp hợp lý giữa các thông số này được thực hiện để cải thiện hiệu suất khí động học và âm thanh của quạt.
Khi tính đến các yếu tố trên, cấu trúc cơ bản của quạt mới được thiết kế như sau: đường kính ngoài của quạt 408 mm, đường kính cánh quạt 100 mm, tỷ lệ cánh quạt-đến-cánh quạt 0,245, số cánh 4, chiều dài đầu cánh/dây gốc 276/80 mm, góc uốn về phía trước 44 độ và góc quét về phía trước 20 độ .
Mô phỏng số được thực hiện trên cả quạt nguyên mẫu và quạt mới trong cùng một dàn nóng. Thiết bị thực tế đã được đơn giản hóa về mặt cấu trúc trong quá trình tính toán, bỏ qua ảnh hưởng của bộ trao đổi nhiệt, lưới tản nhiệt, động cơ và giá đỡ của nó, nhưng có tính đến lượng khí nạp từ bên.
Phương pháp thể tích hữu hạn được sử dụng để rời rạc hóa các phương trình điều khiển và trường dòng chảy ổn định ba chiều của toàn bộ dàn nóng đã được giải quyết bằng cách sử dụng một giải pháp ẩn riêng biệt. Mô hình nhiễu loạn Spalart-Allmars đã được chọn để tính toán, với sơ đồ chênh lệch gió ngược bậc-thứ hai cho số hạng đối lưu và thuật toán SIM PLE tiêu chuẩn để ghép nối nhiệt độ-áp suất.
Do sự phức tạp của hệ thống quạt, toàn bộ miền tính toán đã sử dụng lưới không có cấu trúc, với tổng kích thước mắt lưới là 110 x 10⁴. Vùng chứa bánh công tác được xác định là vùng quay và có kích thước mắt lưới lớn hơn. Các điều kiện biên áp suất được sử dụng cho cả đầu vào và đầu ra, với điều kiện khí quyển ở đầu vào và áp suất ngược khác nhau ở đầu ra. Phép tính được coi là hội tụ khi giá trị dư nhỏ hơn 1 x 10⁻³.
