Der Entwurf und das finale Design von Axialventilatoren berücksichtigt in der Regel den Wirkungsgrad, aber auch die Geräuschreduzierung. Die Geräuschreduzierung von Axiallüftern ist ein ziemlich umfangreiches und komplexes Thema, wenn es um alle Details geht. Es gibt jedoch einige einfache Geometrietechniken, die auf Standardkonstruktionen angewendet werden können, um den Geräuschpegel des Lüfters sofort zu senken.
Die CAD- und Optimierungslösung CAESES bietet eine Toolbox, mit der alle Arten solcher Funktionen implementiert und die Generierung der Flügelgeometrie in CFD-gesteuerten Optimierungsschleifen automatisiert werden kann.
Axiallüfter-Geräuschreduzierung: Abgeschrägte Flügelspitzen
Eine abgeschrägte Flügelspitze ist ein geometrisches Merkmal, das die Rotor-Stator-Wechselwirkungen und damit den Geräuschpegel des Axiallüfters sofort verringern kann. Dabei werden einige Teile an der Spitze im CAD-Entwurf herausgeschnitten. Wie genau ein optimales Design aussieht, ist vorab nicht klar. Ein derartiges parametrisches CAD-Modell muss deshalb über ansteuerbare Parameter für die Form und die Tiefen dieser verschiedenen Spitzen-Features verfügen, damit in einem automatisierten Prozess eine Vielzahl von Entwurfskandidaten erzeugt und getestet werden können.
Hinterkantenverzahnung
Ein anderes geometrisches Feature ist eine Art Verzahnung oder Ausbuchtung der Hinterkante. Dies kann dazu führen, dass die Strömungen von Saug- und Druckseite positiv (im Sinne von Turbulenzen) ineinander überführt werden. Durch einen verbesserten Übergang der beiden Strömungen werden also Turbulenzen reduziert, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad und einer weiteren Geräuschreduzierung führt. Auch hierfür müssen im CAD-Modell entsprechende Parameter bereitstehen (Entwurfsvariablen mit Unter- und Obergrenze), z. B. für die Form dieser Verzahnungen, ihre Positionen sowie für die Anzahl der Verzahnungen.
Geräuschreduzierung von Axiallüftern: Wie findet man die optimale Geometrie?
Um die optimalen Parameter für die abgeschrägten Flügelspitzen und die Turbulenzreduktion an der Hinterkante zu finden, werden in der Regel automatisierte Optimierungen mit Simulationswerkzeugen durchgeführt, insbesondere mit CFD. Bei einem solchen Verfahren mit mehreren Zielfunktionen werden die Formparameter des CAD-Modells automatisch geändert, während die Optimierungsstrategien versuchen, die Effizienz und die Geräuschemission zu verbessern. Die Simulationswerkzeuge werden in einen solchen Prozess ebenfalls vollautomatisiert, um manuelle Interaktionen bei der Vernetzung und der CFD-Analyse zu vermeiden.
Mehr Informationen
Weitere Informationen zur Flügelmodellierung im Rahmen von simulationsgesteuerten Studien finden Sie im Abschnitt Turbomaschinen. Die Fallstudie „Axial Fan Optimization with TCFD and CAESES“ enthält ein Beispiel für die Kopplung von CAESES und TCFD zur Optimierung eines Axiallüfters (in diesem Fall ohne Berücksichtigung der Geräuschreduzierungsfunktionen).
CAESES ist eine spezialisierte CAD-Lösung für die Optimierung komplexer Formen und Produkte mit CFD. Es gibt viele weitere effektive Features, die in einem Flügel integriert und optimiert werden können. CAESES ist keine Black-Box und ermöglicht es, alle Ideen von Entwurfs- und Simulations-Ingenieuren sofort und ohne großen Aufwand in einem Optimierungsprozess zu berücksichtigen.
Die CAD- und Optimierungslösung CAESES bietet eine Toolbox, mit der alle Arten solcher Funktionen implementiert und die Generierung der Flügelgeometrie in CFD-gesteuerten Optimierungsschleifen automatisiert werden kann.
Axiallüfter-Geräuschreduzierung: Abgeschrägte Flügelspitzen
Eine abgeschrägte Flügelspitze ist ein geometrisches Merkmal, das die Rotor-Stator-Wechselwirkungen und damit den Geräuschpegel des Axiallüfters sofort verringern kann. Dabei werden einige Teile an der Spitze im CAD-Entwurf herausgeschnitten. Wie genau ein optimales Design aussieht, ist vorab nicht klar. Ein derartiges parametrisches CAD-Modell muss deshalb über ansteuerbare Parameter für die Form und die Tiefen dieser verschiedenen Spitzen-Features verfügen, damit in einem automatisierten Prozess eine Vielzahl von Entwurfskandidaten erzeugt und getestet werden können.
Hinterkantenverzahnung
Ein anderes geometrisches Feature ist eine Art Verzahnung oder Ausbuchtung der Hinterkante. Dies kann dazu führen, dass die Strömungen von Saug- und Druckseite positiv (im Sinne von Turbulenzen) ineinander überführt werden. Durch einen verbesserten Übergang der beiden Strömungen werden also Turbulenzen reduziert, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad und einer weiteren Geräuschreduzierung führt. Auch hierfür müssen im CAD-Modell entsprechende Parameter bereitstehen (Entwurfsvariablen mit Unter- und Obergrenze), z. B. für die Form dieser Verzahnungen, ihre Positionen sowie für die Anzahl der Verzahnungen.
Geräuschreduzierung von Axiallüftern: Wie findet man die optimale Geometrie?
Um die optimalen Parameter für die abgeschrägten Flügelspitzen und die Turbulenzreduktion an der Hinterkante zu finden, werden in der Regel automatisierte Optimierungen mit Simulationswerkzeugen durchgeführt, insbesondere mit CFD. Bei einem solchen Verfahren mit mehreren Zielfunktionen werden die Formparameter des CAD-Modells automatisch geändert, während die Optimierungsstrategien versuchen, die Effizienz und die Geräuschemission zu verbessern. Die Simulationswerkzeuge werden in einen solchen Prozess ebenfalls vollautomatisiert, um manuelle Interaktionen bei der Vernetzung und der CFD-Analyse zu vermeiden.
Mehr Informationen
Weitere Informationen zur Flügelmodellierung im Rahmen von simulationsgesteuerten Studien finden Sie im Abschnitt Turbomaschinen. Die Fallstudie „Axial Fan Optimization with TCFD and CAESES“ enthält ein Beispiel für die Kopplung von CAESES und TCFD zur Optimierung eines Axiallüfters (in diesem Fall ohne Berücksichtigung der Geräuschreduzierungsfunktionen).
CAESES ist eine spezialisierte CAD-Lösung für die Optimierung komplexer Formen und Produkte mit CFD. Es gibt viele weitere effektive Features, die in einem Flügel integriert und optimiert werden können. CAESES ist keine Black-Box und ermöglicht es, alle Ideen von Entwurfs- und Simulations-Ingenieuren sofort und ohne großen Aufwand in einem Optimierungsprozess zu berücksichtigen.
