臺灣博碩士論文加值系統

本文主要目的在於利用田口實驗方法快速地進行提升風扇性能，並搭配計算流體力學軟體Ansys Fluent取代實際實驗，以降低設計時間及成本。首先參考市面上常見的桌上型電腦內小型軸流式散熱風扇的規格，設計出一初始之小型軸流風扇模型，並利用Ansys Fluent數值模擬分析軟體對其性能進行數值模擬分析計算，後使用田口實驗方法選定安裝角、翼形頂部弦長、翼形底部弦長、扭轉角做為控制因子並調配其水準範圍，將操作點之風扇葉片功率等值以望大特性做為品質輸出回應，最後進行因子訊噪比分析和最佳化組合預測。在考慮因子交互作用結果後，由因子訊噪比分析中能夠得知，翼形底部弦長對於風扇葉片功率的影響相當顯著，而田口法所預測之最佳因子水準組經數值模擬分析結果顯示，在操作點靜壓於16.19(Pa)時之風扇葉片功率與初始設計之風扇結果提升11.7%。在使用計算流體力學軟體搭配田口實驗方法後，大大的減低了傳統設計風扇費工耗時的特性，免除繁瑣步驟，利用利用有系統性的實驗設計方法及計算流體軟體取代實驗，在有限的條件底下達到提升風扇的品質的目的，減低設計散熱風扇時所需耗費的時間及成本。

The main purpose of this study is to design the axial fan by using Taguchi method to quickly improve the fan performance. and use the computational fluid dynamics software Ansys Fluent to replace the actual experiment to save the cost of time and money , First, collect the common desktop cooling fan specifications to design an original fan model, and use the computational fluid dynamics software Ansys Fluent to analysis its performance. And then use the Taguchi method to do the experiment, select the setting angle, top of the chord length, bottom of the chord length and the twist angle to be control factors, and finally set their range of level. Choose the operating point’s air power to be the Quality Characteristic, and do the factor response analysis to find out the largest S/N ratios and predict the optimize design. After considering the results of the factor interaction, Factor response analysis show that the effects of the bottom of chord length to the operating point’s air power is quite significant. By simulating the best factor level predicted by Taguchi method, the operating point’s air power at the operating point compare with the original fan reveals a 11.7% increase at 16.19(Pa). By using computational fluid dynamics software with Taguchi experimental method, desination time in traditional way could be greatly reduced, and designer can achieve the purpose of upgrading the fan quality in limited condition, simplifying the design of axial fan and save the cost of time and money.

摘　要 i
ABSTRACT ii
誌　謝 iv
目　錄 v
表目錄 viii
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 本文架構 6
第二章 軸流式風扇幾何形狀設計 9
2.1 軸流式風扇特性介紹 9
2.2 軸流式風扇設計參數 12
2.3 初始軸流式風扇設計 15
2.4 軸流式風扇實體建構流程 16
2.4.1 葉片翼型資料匯入 16
2.4.2 風扇幾何草圖繪製 20
2.4.3 風扇實體建構 21
第三章 計算流體力學分析 25
3.1 幾何模型 25
3.2 網格建立 27
3.3 邊界條件及初始條件 31
3.4 求解 32
3.4.1 統御方程式 33
3.4.2 紊流模型 35
3.4.3 有限體積法 36
3.4.4 SIMPLE演算法 38
3.5 收斂標準 44
3.6 方法驗證 44
3.6.1 網格及收斂性分析 44
3.6.2 數值模擬計算分析流程驗證 52
3.6.3 初始風扇性能測試 57
第四章 田口實驗設計方法 61
4.1 田口方法流程 62
4.2 品質特性、理想機能 64
4.2.1 品質特性 64
4.2.2 理想機能 65
4.3 因子選擇、水準調配 66
4.3.1 固定因子選擇 66
4.3.2 控制因子選擇 67
4.3.3 水準調配 67
4.4 直交表配置 69
4.5 模擬分析實驗結果與討論 71
4.5.1 L9(34)實驗結果 71
4.5.2 L9(34)實驗討論 74
4.5.3 L27(313)實驗結果 75
4.5.4 L27(313)實驗討論 83
4.5.5 結果與討論 91
第五章 結論 93
參考文獻 94

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