摘 要

近年来，随着我国科技的进步，电子产品正不断地向着小型化、集中化发展，对于电子产品来说，温度对其运算速度起着至关重要的作用，为了能有效的排出热量，采用最多的散热方式为风冷，具体散热形式就是使用散热片和风扇相配合，让散热片紧密的连接发热部件，然后由风扇带走散热片上的热量，从而达到散出热量的目的，CPU、显卡等关键部件的散热大都采用了风扇散热的散热形式，所以能否使用高效能的小型散热风扇便成为了影响电子产品运行速度和使用寿命的一个决定性因素。因此，能够设计出体积小、效率高、噪声小、散热多的小型轴流风扇是一项非常重要的课题。

本文以Sunon公司的AC系列单转子风扇为研究原始对象，通过商用软件CFD的前处理器GAMBIT建立出了同向转动的双转子风扇模型，同时划分好网格，定义好边界之后，放入求解器Fluent中进行三维数值模拟，得到了该风扇流场的速度矢量及压力分布等，可供相关研究人员用于和同条件下的单转子风扇性能做对比，从而给提高风扇散热性能提供了一定的探索性研究及依据。

关键词：小型轴流风扇；双转子；同向转动；内部流场

Model Building and Inflow-Simulation for Co-Rotating Double-Runner Small Fan

ABSTRACT

In recent years,with the progress of science and technology,electronic products are constantly developing towards miniaturization and centralization.For electronic products,the temperature plays a vital role to its operating speed.In order to effectively discharge heat,the most general way of heat radiation is air-cooled that is the form of a heat sink and fan cooperates closely connected to the heat sink so that the heat generating components and heat away from the heat sink fan on,so as to achieve the purpose of heat dissipated.Most cooling of CPU,graphics and other key components is cooling fan,so whether the effective small radiator fan can be used or not,it has a decided influence on the running speed of electronics and useful life.Therefore,it is a very important topic to design a small axial flow fan with small size,high efficiency,low noise and heat dissipation.

The thesis research the Sunon company’s AC series single-runner fans a primary object,modeling a co-rotating double-runner fan by the GAMBIT preprocessor of CFD commercial software,meanwhile,after finishing mesh generation and boundary definition and put that into FLUENT solver to start an inflow-simulation in order to get the velocity vector and pressure distribution of the fan flow field,which can provide a performance comparison to related researcher,thus will get some exploratory researched and gist applying to raise those fan’s heat dissipation performance.

Key words：small axial flow fan；double-runner；co-rotating；internal flow

目 录

1 绪论 - 1 -

1.1选题背景 - 1 -

1.2对于流场计算的国内外研究现况 - 2 -

1.3散热风扇的需求及国内外研究现况 - 3 -

1.3.1风扇的分类及优点 - 3 -

1.3.2对于高效轴流式风扇散热器的急迫需要 - 4 -

1.3.3轴流风扇的国内外研究现状 - 4 -

1.4本论文的主要工作 - 5 -

2 计算流体动力学简介 - 7 -

2.1计算流体动力学概述 - 7 -

2.2流体与流动的基本特性 - 7 -

2.3CFD的工作流程 - 9 -

2.4CFD软件的结构 - 10 -

3 轴流风扇三维模型前处理 - 12 -

3.1前处理器GAMBIT简介 - 12 -

3.2构建风扇模型 - 12 -

3.2.1启动GAMBIT - 14 -

3.2.2创建轮毂和机壳母线 - 14 -

3.2.3创建叶片模型 - 15 -

3.2.4使用Turbo工具创建流域 - 19 -

3.2.5反向创建出风扇模型 - 21 -

3.3模型网格划分 - 22 -

3.3.1划分网格 - 22 -

3.3.2检查网格 - 23 -

3.4指定边界类型和区域类型 - 24 -

3.4.1指定求解器 - 24 -

3.4.2指定边界类型 - 25 -

3.4.3指定区域类型 - 25 -

3.4.4输出网格文件 - 26 -

4 轴流风扇数值模拟计算 - 27 -

4.1求解器及后处理器FLUENT简介 - 27 -

4.1.1FLUENT总述 - 27 -

4.1.2拟定分析方案及详细求解步骤 - 27 -

4.2利用FLUENT-3d求解器进行计算 - 28 -

4.3对模拟计算结果后处理 - 37 -

4.3.1 进行相关设置并建立特殊面 - 37 -

4.3.2流域内压力分布云图 - 39 -

4.3.3速度矢量分布图 - 42 -

4.3.4速度分布图 - 45 -

4.3.5迹线图 - 47 -

结论与展望 - 48 -

致 谢 - 49 -

参考文献 - 50 -

1 绪论

1.1选题背景

散热器，其作用一见了然，它所做的就是把电脑内部环境中的热量与电脑外部环境中的热量进行交换输送，要么对内部环境热量吸收后输送到外部，要么直接加快机箱内部环境的空气流动从而达到降温的目的。一般情况下，笔记本电脑里面的各部件在其使用时会产生大量热量，如果没有有效的办法及时的从自身排出，那么因为热量积存的而产生的高温现象不仅会导致显卡、内存器等运算速度大减，更有甚者可能还会烧毁一些重要部件。例如电脑的CPU在几年前发热功率仅仅25W左右，但随着科技快速发展，CPU的运行速度有了质的飞跃，不仅如此，尺寸方面也越来越小，到目前其为止其发热功率早已上升到130W之上，Inter公司就曾因为无法找到与自身CPU发热问题相匹配的散热方案，遗憾宣布了放弃单核，开始研发双核四核CPU。所以像笔记本这样的敏感电子产品拥有一个高效的散热器是必然之举，妥当的改善并解决像CPU这样的热敏感元件在快速运算时所带来的高温问题也就成为了目前电子产品散热研究领域的重要课题^[1]。

现如今，在解决电脑散热问题时最为常用的散热方式是风冷^[2]。风冷散热的散热原理简单易懂，它将散热片和风扇完美融合共同作用，散热片用来紧密地贴合在易热元件上，而另一侧紧挨散热片的风扇就负责带走散热片上所吸收的热量并输送至电脑外部，从而就能达到排出热量的目的。在笔记本电脑的CPU、显卡的散热处、台式电脑机箱的散热处，风冷的散热形式历历可见。对于提高风冷散热的效率问题，一方面我们可以着手于找到更适合做散热片的材料，来提高散热的比热容等；另外一方面，我们更需要考虑的是如何又能降低风扇高速运转时的噪声，又能提高散热风扇的排风送风效率，只有热量被大量的排出了，才是真正的降温。