2.2.1 风扇

风扇是设备散热最常用的元件之一，也是CFD仿真中最常见的简化模型。理解风扇简化模型，首先需要理解风扇的特性曲线，即 P-Q 曲线 （压差-流量曲线），对于非流体专业背景的读者，这尤为重要。

我们首先从风扇特性曲线试验着手，从试验角度来理解 P-Q 曲线。根据ANSI/AMCA 210-07《通风机额定性能试验的实验室方法》、GB/T 1236—2017《工业通风机 用标准化风道进行性能测试》及ISO5801:2007《工业通风机 用标准化风道进行性能测试》，典型的风扇试验装置如图2-12所示。

左端风扇工作时，右端风扇出口段用皮托管测量压力，最右端则是节流装置。当节流装置完全关闭时，管道中流量 Q 为0，风扇左端入口和右端出口压差 P 最大；当节流装置完全打开时，管道中流量 Q 最大，风扇左端入口和右端出口压差 P 最小。通过调整节流装置来调节流量的大小，进而得到整个 P-Q 曲线。

风扇通常可以分为 轴流风扇 、 离心风扇 和 混流风扇 。从出风方向来看，轴流风扇的气流流动方向与叶片旋转轴平行；离心风扇的气流流入方向与旋转轴平行，流出方向沿旋转轴径向；混流风扇则介于离心风扇和轴流风扇之间，进出风的方向会有一定斜向角度，也称为斜流风扇。

1.轴流风扇

轴流风扇具有风量大和风压低的特点，一般用于压力损失较小的系统设备。

（1）轴流风扇特性曲线 如图2-13所示，轴流风扇特性曲线总体来看比较平坦。在工作点区域轴流风扇的效率较高，噪声较低；在失速区轴流风扇的噪声较大，且工作状态可能出现波动。因此建议使轴流风扇的工作点处于特性曲线右侧的工作点区域，有利于系统散热。

（2）叶片旋转方向与风扇旋转出风 一般情况下，轴流风扇的外壳上标识了叶片旋转方向，在风扇数据库中，通常都会设置风扇叶片的旋转方向。不同的叶片旋转方向会导致完全相反的出风方向。

轴流风扇的出风有旋转特性，即出风沿着旋转轴旋转，出风速度可以分解为轴向速度和切向速度。切向速度与轴向速度的比值会随着风扇工作点位置变化。

（3）轴流风扇出风区域 轴流风扇出风区域是叶片所在的区域，中间旋转轴（Hub）是不出风的。通常我们用一个圆形板来作为风扇的简化模型，因此在风扇模型参数中需要设置风扇中间旋转轴的尺寸参数，如图2-14所示。

2.离心风扇

离心风扇的特点是风量小、风压高，与轴流风扇相反，一般用于阻抗高及气流进出方向垂直的系统。离心风扇从结构上又可分为前向叶片离心风扇和后向叶片离心风扇。前向叶片离心风扇带有蜗壳，一般称为鼓风机；后向叶片离心风扇一般称为引风机。

（1）离心风扇特性曲线 如图2-15所示，离心风扇特性曲线总体来看比较陡峭，一般建议前向叶片离心风扇的工作点处于曲线的左侧区域，在此区域风扇效率较高、噪声较低。

（2）出风速度 如图2-16所示，前向叶片离心风扇在出风面上具有不同大小的风速分布。

3.Flow Simulation风扇设置

在Flow Simulation中，可以设置3种类型的风扇边界条件： 外部入口风扇 、 外部出口风扇 和 内部风扇 。外部入口风扇和外部出口风扇顾名思义，是分别向系统内部和外部送风。而内部风扇是风扇入口面和出口面都在计算域中，在设置风扇边界条件时需要指定流体流出风扇的面和流体流入风扇的面。

Flow Simulation工程数据库中轴流风扇的参数如图2-17所示，其中参考密度1.2kg/m ³ 是风扇特性曲线试验时空气的密度，即空气在20℃和101325Pa的条件下的密度；还包含风扇类型、风扇特性曲线相关的表和曲线（图2-18）、转子速度、外部直径、轮毂直径、旋转方向等。