● 摘要
信息化工业革命带来了大量的计算设备和通讯装置，这些设备与装置在运行过程中消耗许多电能，为了保证其有效可靠运行，需要采用通风机械对其冷却散热，其中应用最多的是小型轴流冷却风扇，其气动性能指标要求是：在一定压升能力条件下风量大、效率高、耗能少，即在一定功耗条件下冷却效果好。小型冷却风扇气动性能可以采用计算流体力学（CFD）数值模拟技术对其进行预测分析，CFD在一定程度上可取代试验，以达到降低成本、缩短研制周期的目的，并且数值模拟可提供丰富的流场信息为设计者设计和改进风扇性能提供依据。本文针对某小型轴流冷却风扇，采用CFD数值模拟仿真技术，以增大风扇流量、提高其气动性能为目标，开展高性能冷却风扇优化设计。
首先，对原型冷却风扇进行数值模拟计算，得到冷却风扇特性曲线，并同试验值比对，发现两者的趋势表达基本一致，认为数值模拟结果在一定程度上可以反映实际工作状况。同时，通过对冷却风扇流场数值模拟分析，确定风扇叶型存在攻角过大的问题，这也为后面的风扇改型优化提供了方向指引。
其次，对原型冷却风扇进行数值模拟改型设计，其中包括对叶片转角、叶片间隙、叶片数目的改型或调整，计算分析后得到最佳的改型风扇模型，即在原型冷却风扇基础上，叶片前缘几何构造角增加20度、尾缘几何构造角减少10度、叶片数目为5、叶尖间隙为1mm的风扇。改型后的风扇相比于原型风扇，在同压升下流量提高了17.8%～29.6%，在相同流量下，压升提高超过26.5%，同时效率提升超过6.76%。
然后，对改型后的风扇进行集成优化，即基于ISIGHT优化平台，结合NUMECA数值模拟软件，采用多岛遗传算法，对风扇气动性能全局优化。优化后风扇相比于原型风扇，在相同压升下流量提升了18.3%～33.6%，相同流量下压升提高幅度超过28.8%，同时效率提升幅度超过7.46%。
最后，对改型优化后的冷却风扇模型进行了加工、试验，分析了改型优化风扇与原型风扇试验结果的气动性能变化，并同数值模拟结果比较。结果显示，与原型冷却风扇相比，改型优化冷却风扇气动性能有一定的提升效果，也证实了数值模拟具有很好的参考价值。