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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳凱文
研究生(外文):Kai-Wen Wu
論文名稱:利用可視化流場實驗修正複合式軸流風扇之翼型
論文名稱(外文):Using Visualization Experiment to Modify Combinative Axial Fan Airfoil
指導教授:林唯耕
指導教授(外文):Wei-Keg Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:英文
論文頁數:125
中文關鍵詞:風扇噪音可視流導流葉片二次流渦漩
外文關鍵詞:Fan NoiseFlow VisualizationGuide VaneSecond FlowVortex
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摘 要
本研究針對軸流風扇翼型之特性作一延伸改良,也就是在風扇出口處加裝一組複合式導流葉片,目的在於降低渦流的發生,使空氣之流動型式由紊亂地螺旋狀改善為較均勻平滑流動,改善因二次流場所造成之影響,提昇風扇性能及降低流場擾動產生之流場噪音。
首先設計四組相同葉片數,不同水平傾斜角之比對風扇,經由CNC加工風扇翼型,並製造出風扇實體。本實驗利用符合AMCA Standard 210-85規範之風洞設備量測其風扇效率性能曲線,再以符合Test Standards ISO-3745 and ANSI 12.35無響室執行噪音測試,最後將風扇置於水洞觀察流場狀態。再針對這四組比對風扇設計出十二組不同葉片數,不同水平傾斜角之導葉片,並重覆前述三種實驗,比較加裝導流葉片前後的差異。最後利用水洞實驗驗証風扇加裝導葉片確實可減低二次流場的發生,由於停滯區尺度大幅減小、渦流情況大幅降低,風扇加裝導流葉片後最大靜壓大約可提升百分之十左右,因渦流擾動產生的風壓噪音也可降低高達1~4dB。
經過一連串實驗,得到大量實驗資料加以統計分析結果可得知,導流葉片之葉片數量多寡關係到最大靜壓的提升量,而風扇與導流葉片之水平傾斜角搭配組合關係到靜壓提升之區域。
Abstract
The research to be aimed an axial-flow of electric fan and improve the character of extend. In the other ways, it is add the composite model the guide vane out the fan. The purpose is reduce the vortex happened. It made the air-floating model improve to the balance and fluid smooth. The improve because the second flow influence. Upgrade the fan function and reduce the flow visualization caused the fan noise.
At first we need design and set four same leaves of the fan, the different level and horizontal inclination angle to contrast to the fan, after CNC to manufacture the fan of the aerofoil. It also creative the prototype of the fan. This experiment utilizes in AMCA Standard and match the equipment of wind tunnel to measure the efficiency function curve of the 210-85 standard. And follow the ANSI 12.35 under the Free Field Full Anechoic Chamber to perform the noise test. Finally, we put the fan in the water tunnel and observed the situation of the flow. We should focus those four groups contrast the fan to design 12 different to the leaves of the fan. The guide vane based on the different water level of horizontal inclination angle. To repeat the three tests and compare what the different before put the guide vane. Finally, use the water tunnel to verify and approve the fan added the guide fan it will reduce the second flow happened. Owing to stagnate area scale and wide margin to decrease. The vortex wide be reduced. After added the guide vane the maximum static pressure maybe promote about 10%. Because the vortex disturb caused the wind pressure can reduce 1 to 4dB also.
After a series of experimentation, we obtain a large number of data and static with analysis get the result that fan leaves of the guide vane is relative to promote the maximum static pressure. The water level and inclination of angle will get the relationship and match the fan to promote static pressure area.
目 錄
頁次
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
誌謝 Ⅳ目錄 Ⅴ
圖目錄 Ⅶ
表目錄 ⅩⅠⅠⅠ
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究目的 4
第二章 流場描述法 8
2-1 傳統紊流理論 8
2-2 紊流半經驗理論 10
2-3 數值方法 12
2-4 風扇元件介紹 14
第三章 實驗設備及實驗步驟 23
3-1 風扇及導流葉片之設計與製造 23
3-2 無響室之噪音測試 34
3-3 風洞之性能曲線量測 37
3-4 水洞之流場觀測 40
第四章 結果與討論 48
4-1 風洞之性能量測結果 48
4-2 無響室噪音測試結果 91
4-3 流場觀測結果驗証 93
第五章 結論與建議 102
5-1 結論 102
5-2 建議 103
附錄 A 符號說明 104
附錄 B 風扇及導流葉片雕刻說明 107
參考文獻 126
圖目錄
圖1-1 風扇性能曲線圖 6
圖1-2 風扇與鰭片散熱不良示意圖 6
圖1-3 實驗流程圖 7
圖2-1 風扇外型和名稱 17
圖2-2 水平傾斜角 18
圖2-3 垂直傾斜角 18
圖2-4 弓角示意圖 19
圖2-5 攻錯角示意圖 19
圖2-6 入口角與出口角 20
圖2-7 攻角示意圖 20
圖2-8 空乏角示意圖 21
圖2-9 6010風扇外框圖 22
圖3-1 軸流風扇設計程式FANx操作界面 24
圖3-2 系統阻抗與風扇性能曲線 24
圖3-3 F1115立體風扇圖 26
圖3-4 F1130立體風扇圖 26
圖3-5 F1145立體風扇圖 26
圖3-6 F1160立體風扇圖 26
圖3-7 導流葉片G1115上視圖 29
圖3-8 導流葉片G1130上視圖 29
圖3-9 導流葉片G1145上視圖 29
圖3-10 導流葉片G1160上視圖 29
圖3-11導流葉片G1315上視圖 30
圖3-12 導流葉片G1330上視圖 30
圖3-13 導流葉片G1345上視圖 30
圖3-14 導流葉片G1360上視圖 30
圖3-15 導流葉片G1515上視圖 31
圖3-16 導流葉片G1530上視圖 31
圖3-17 導流葉片G1545上視圖 31
圖3-18 導流葉片G1560上視圖 31
圖3-19 風扇及導流葉片組合等角視圖 32
圖3-20 風扇及導流葉片組合前視圖 32
圖3-21風扇加裝導流葉片實體圖 35
圖3-22 無響室照片 36
圖3-23 風扇噪音測試配置圖 36
圖3-24 風洞測試系統示意圖 38
圖3-25 風洞測試系統主體圖 39
圖3-26 風扇流場觀測水洞示意圖 46
圖3-27 TANK上視圖 46
圖 3-28 風扇流場觀測水洞設備照片 47
圖4-1 F1115性能曲線圖 56
圖4-2 F1115G1115性能曲線圖 57
圖4-3 F1115G1130性能曲線圖 57
圖4-4 F1115G1145性能曲線圖 58
圖4-5 F1115G1160性能曲線圖 58
圖4-6 F1115G1315性能曲線圖 59
圖4-7 F1115G1330性能曲線圖 59
圖4-8 F1115G1345性能曲線圖 60
圖4-9 F1115G1360性能曲線圖 60
圖4-10 F1115G1515性能曲線圖 61
圖4-11 F1115G1530性能曲線圖 61
圖4-12 F1115G1545性能曲線圖 62
圖4-13 F1115G1560性能曲線圖 62
圖4-14 F1130性能曲線圖 63
圖4-15 F1130G1115性能曲線圖 64
圖4-16 F1130G1130性能曲線圖 64
圖4-17 F1130G1145性能曲線圖 65
圖4-18 F1130G1160性能曲線圖 65
圖4-19 F1130G1315性能曲線圖 66
圖4-20 F1130G1330性能曲線圖 66
圖4-21 F1130G1345性能曲線圖 67
圖4-22 F1130G1360性能曲線圖 67
圖4-23 F1130G1515性能曲線圖 68
圖4-24 F1130G1530性能曲線圖 68
圖4-25 F1130G1545性能曲線圖 69
圖4-26 F1130G1560性能曲線圖 69
圖4-27 F1145性能曲線圖 70
圖4-28 F1145G1115性能曲線圖 71
圖4-29 F1145G1130性能曲線圖 71
圖4-30 F1145G1145性能曲線圖 72
圖4-31 F1145G1160性能曲線圖 72
圖4-32 F1145G1315性能曲線圖 73
圖4-33 F1145G1330性能曲線圖 73
圖4-34 F1145G1345性能曲線圖 74
圖4-35 F1145G1360性能曲線圖 74
圖4-36 F1145G1515性能曲線圖 75
圖4-37 F1145G1530性能曲線圖 75
圖4-38 F1145G1545性能曲線圖 76
圖4-39 F1145G1560性能曲線圖 76
圖4-40 F1160性能曲線圖 77
圖4-41 F1160G1115性能曲線圖 78
圖4-42 F1160G1130性能曲線圖 78
圖4-43 F1160G1145性能曲線圖 79
圖4-44 F1160G1160性能曲線圖 79
圖4-45 F1160G1315性能曲線圖 80
圖4-46 F1160G1330性能曲線圖 80
圖4-47 F1160G1345性能曲線圖 81
圖4-48 F1160G1360性能曲線圖 81
圖4-49 F1160G1515性能曲線圖 82
圖4-50 F1160G1530性能曲線圖 82
圖4-51 F1160G1545性能曲線圖 83
圖4-52 F1160G1560性能曲線圖 83
圖4-53 風扇F1115配十二片導流葉片性能曲線縮圖  84
圖4-54 風扇F1130配十二片導流葉片性能曲線縮圖  85
圖4-55 風扇F1145配十二片導流葉片性能曲線縮圖  86
圖4-56 風扇F1160配十二片導流葉片性能曲線縮圖  87
圖4-57 觀測風扇流道入口之流場  96
圖4-58 經三片整流網整流後風扇入口處之流場 96
圖4-59 風扇F1115流場圖 97
圖4-60 風扇加裝導流葉片F1115G1515流場圖 97
圖4-61 風扇F1130流場圖 98
圖4-62 風扇加裝導流葉片F1130G1530流場圖 98
圖4-63 風扇F1145流場圖 99
圖4-64 風扇加裝導流葉片F1145G1545流場圖 99
圖4-65 風扇F1160流場圖 100
圖4-66 風扇加裝導流葉片F1160G1560流場圖 100
圖4-67 風扇流場示意圖 101
圖4-68 風扇加導流葉片流場示意圖 101
表目錄
表2-1 經驗值 13
表3-1 風扇設計參數 27
表3-2 葉片數11之導流葉片設計參數 29
表3-3 葉片數13之導流葉片設計參數 30
表3-4 葉片數15之導流葉片設計參數 31
表3-5 複合式軸流風扇編號表  33
表3-6 空氣與水性質 43
表4-1 風扇F1115規格 56
表4-2 風扇F1130規格 63
表4-3 風扇F1145規格 70
表4-4 風扇F11 60規格 77
表4-5 最大靜壓提升實驗值 88
圖4-6 以葉片數分組之最大靜壓提升量  89
表4-7 導流葉片不同葉片數之平均最大靜壓提升量 90
表4-8 導流葉片不同水平傾斜角之平均最大靜壓提升量 90
表4-9 無響室測試噪音值(dB) 92
表4-10 導流葉片之葉片數對於降低噪音值(dB)之影響   92
表4-11 導流葉片之水平傾斜角對於降低噪音值(dB)之影響 92
參考文獻
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