基金项目：上海市重点学科建设项目（N.551）；上海市教委资助项目（No.OSzz27）；高等学校博士学科点专项科研基金），女，湖南华容人，副教授，博士，主要从事计算流体力学、计算气动声学方面的研究。

　　前言微型轴流风扇作为一种散热型风扇，被广泛应用于电子元件的冷却和散热，因为其体积小、价格便宜、易安装等优点，使其受到了许多IT制造厂家的青睐。常见的要属个人电脑，其CPU、显卡等主要部件使用的都是微型轴流风扇。对于一台台式电脑，一般有三个这种风扇。市面上许多厂商生产的主机散热效果差、噪声大，怎样提升这些微型轴流风扇的气动性能，降低风扇的气动噪声成为目前必须解决的一个问题。掠对轴流风扇的设计和改型扮演着越来越重要的作用，引起了研究人员的兴趣I131.Beiler（l"9）W对低压无静叶轴流风机弯掠动叶内流场进行了实验测量及N-S数值分析，发明了一种掠叶片设计方法。其研究表明：对低压风机，前掠具有较好的气动性能和声学性能。本文选取市面上一微型轴流风扇，基于Fluent软件，对前掠10、后掠10及原型风扇做了气动性能和气动噪声辐射的数值模拟，研究叶片掠角对风扇气动与声学性能的影响。

　　1掠风扇模型及网格生成本文计算的风扇原型为计算机冷却风扇，叶轮直径为75.6mm，轮毂比为0.44，叶顶间隙为1mm，叶片数为7，额定转数为4500r/min.利用几何测绘法对原风扇叶片不同叶高处的截面进行测绘，并将得到的控制点坐标导入软件ProE进行建模，得到模型风扇。在此基础上，把叶片前缘线沿轴向方向分别逆气流和顺流倾斜10，得到前掠10、后掠10两种掠型风扇。本文约定，前掠角为正角，后掠角为负角，即前掠1°风扇为1°风扇，后掠10为-10风扇，原型风扇则为0风扇。由于在掠叶片成型时，仅将叶型沿轴向平移，因此，本文的掠叶片与原叶片具有相同的安装角、几何进气角和叶片宽度。

　　（a）为轴流掠风扇数值模拟的计算域示意图。计算域分为三部分：前延长段、风扇区和后延长段，其中，风扇区是旋转区域，前后延长段为静止区域，旋转区仅计算了一个叶栅通道，目的在于使计算域网格尽可能细密的同时网格总数不至于过大。计算网格为非结构网格，为了更好地模拟叶片壁面附近的湍流流动，在风扇区叶片周围进行边界层网格划分，参见（b）。计算域总网格数大约100万，经网格质量检查，网格扭曲度集中在0.10.5之间，大扭曲度在0.7左右。按照Gambit网格质M要求来看，网格质量较好。

　　2数值计算方法本文的数值模拟包括定常流场计算和非定常流场计算。通过定常模拟，研究动叶轴向掠对风扇气动性能的影响，同时为非定常流场计算提供初场。然后，将非定常计算获得的流动声源数据导入Fluent软件的Acoustics声学模块，利用FW-H（Ffowcs WilliamsHawkings）方程积分计算风扇流动噪声的远场辐射特性。

　　在定常数值计算中，采用分离式求解器（Segregated）隐式方案，选择Realizablefc-e模型进行揣流模拟。使用SIMPLC算法解决速度和压力的耦合问题，控制方程的数值离散方法为二阶精度的迎风差分，以提高方程的离散精度。在定常流场分析的基础上，固定流量、风扇转速对三种风扇流场进行非定常计算。为提高声源数值解精度，湍流模型选择大涡模拟（LES），动量守恒方程采用中心差分格式进行离散。对于非定常计算中动静交界面的数据传输使用MovingMesh（滑动网格）来解决。

　　3计算结果及分析3.1横型风扇的气动特性给出了风扇全压随流量的变化规律，横坐标和纵坐标分别为风扇体积流量（Q）和全压（Ap），图中标号E0、E10分别表示0°、10风扇的试验曲线给出。在基频525Hz处数值计算捕捉道了声压的峰值，但与试验值相比偏大了约4dB，在1600Hz频率处（白色虚圈处）试验结果中还存在一个峰值声压，根据的分析，这是风扇电机噪声的主频噪声，在计算图谱中没有。因此，除去电机的频谱后，试验和数值计算的频谱特性基本吻合。从基频处的声压幅值来看，试验与计算值相差较大，误差达10左右，这表明声源数值解的求解精度仍然有待提高。不过，在相同的数值方法和风扇运行条件下，数值解之间的可比性是很高的。从观察点拾取的-10、0、10三种风扇的总声压级来看，后掠使风扇噪声降低了1.1dB，而前掠增加了1.2dB.根据风扇叶片表面脉动压强分布，叶片吸力面的压强脉动小于压力面，分布也相对均匀，因此压力面的压强脉动就是风扇流动噪声的主因。

　　0风扇的1/3倍频程图谱对较弱，但改变了压力面上的压强脉动水平，前掠°动叶使其压强脉动增强，使风扇噪声，而后掠削弱了压力面侧的压强脉动，导致风扇噪声下降。

　　是观察者位于半径开=1m、与风扇转轴位于相同水平高度的圆周上得到的风扇总声压级分布，方位角0表示风扇出口轴线方向、180则表示风扇进口轴线方向。该风扇声辐射指向性分布表明后掠10风扇向各方向的声辐射均小于径向风扇，而前掠10°风扇正好相反。另外风扇进口、出口方向的声辐射强，表明风扇的噪声主要是进气噪声和排气噪声。

　　表1观点的总声压级计算值/dB 4结论掠叶片的三种风扇进行了气动性能和气动声学的数值模拟分析，并与部分试验值进行比较。对于本文所研究的微型轴流风扇，前掠1°动叶增加了风扇的相对总压损失，增加风扇进口相对气流角。相比径向风扇，前掠10风扇在大流量范围（<3>0.74m3/min）下的全压和效率下降，噪声声压级增加1.2dB左右。而后掠动叶降低了风扇的相对总压损失，但是风扇全压和效率都没有明显改善，不过风扇噪声下降了约1.1dB.