Aby rozwiązać sprzeczność między niskim ciśnieniem powietrza w wentylatorach klimatyzatora a potrzebą zarówno wysokiego przepływu powietrza, jak i niskiego poziomu hałasu, w tym badaniu wybrano-prototyp wentylatora osiowego o wysokiej wydajności do klimatyzacji jako porównawczy model badawczy-projektu skośnego do tyłu. Podstawowa konstrukcja prototypu obejmuje: średnicę zewnętrzną wirnika 409 mm, średnicę wirnika 120 mm, stosunek wirnika-do-wirnika 0,29, 4 łopatki, natężenie przepływu 2220 m³/h, ciśnienie statyczne 20 Pa i prędkość obrotową 880 obr./min. Nowa konstrukcja wentylatora kładzie nacisk na zapewnienie wystarczającego natężenia przepływu, skupiając się jednocześnie na poprawie wewnętrznego rozkładu przepływu powietrza w celu zmniejszenia hałasu.
Projekt nowego wentylatora opiera się na wcześniejszych badaniach nad dynamiką płynów i istniejących quasi-trój-metodach projektowania. Wykorzystuje wiodącą-technologię zamiatania krawędzi i podejście łączenia CFD/CAD. Charakterystyki strukturalne typowego prototypowego wirnika są szacowane za pomocą CAD, a pełne-wymiarowe obliczenia CFD są przeprowadzane przy użyciu komercyjnego oprogramowania FLUENT w celu zbadania jego charakterystyki przepływu zewnętrznego i wewnętrznego. Wyniki te są następnie porównywane i analizowane z wynikami eksperymentalnymi. Wstępny quasi-trójwymiarowy-projekt wirnika wykonuje się przy użyciu konwencjonalnych metod, a następnie przeprowadza się obliczenia CFD w celu sprawdzenia jego charakterystyki przepływu zewnętrznego i wewnętrznego. Wyniki CAD/CFD wentylatora prototypowego i nowego wentylatora są porównywane i analizowane, a odpowiednie parametry w projekcie początkowym są dostosowywane w celu uzyskania lepszego układu aerodynamicznego. CFD służy do przewidywania wydajności regulowanego wentylatora, a odpowiednie parametry są dalej dostosowywane na podstawie wyników obliczeń w celu dalszej optymalizacji wentylatora.
Ponadto w projekcie brane są pod uwagę takie parametry, jak długość cięciwy łopaty, kąt montażu łopaty, kąt pochylenia płata i środkowa-krzywizna płata. Zoptymalizowane wartości i rozsądne dopasowanie tych parametrów mają na celu poprawę parametrów aerodynamicznych i akustycznych wentylatora.
Uwzględniając powyższe czynniki, podstawowa konstrukcja zaprojektowanego nowego wentylatora jest następująca: średnica zewnętrzna wentylatora 408 mm, średnica wirnika 100 mm, stosunek wirnika-do-wirnika 0,245, liczba łopatek 4, długość wierzchołka łopatki/ cięciwy nasady 276/80 mm, kąt zgięcia do przodu 44 stopnie i kąt odchylenia do przodu 20 stopni.
Symulacje numeryczne przeprowadzono zarówno dla wentylatora prototypowego, jak i nowego wentylatora w tej samej jednostce zewnętrznej. Rzeczywista jednostka została uproszczona konstrukcyjnie podczas obliczeń, pomijając wpływ wymiennika ciepła, kratki wylotowej, silnika i jego wspornika, ale biorąc pod uwagę boczny wlot powietrza.
Do dyskretyzacji równań sterujących zastosowano metodę objętości skończonych, a trójwymiarowe-wymiarowe pole stałego przepływu całej jednostki zewnętrznej rozwiązano za pomocą osobnego rozwiązania ukrytego. Do obliczeń wybrano model turbulencji Spalart-Allmars, ze schematem różnicy-pod wiatrem drugiego rzędu dla składnika konwekcji i standardowym algorytmem SIM PLE do sprzężenia-ciśnienia i temperatury.
Ze względu na złożoność układu wentylatorów w całej domenie obliczeniowej wykorzystano siatkę nieustrukturyzowaną o całkowitym rozmiarze siatki 110 x 10⁴. Obszar zawierający wirnik zdefiniowano jako obszar obrotowy i miał on większy rozmiar oczek. Warunki brzegowe ciśnienia stosuje się zarówno dla wlotu, jak i wylotu, z warunkami atmosferycznymi na wlocie i różnymi przeciwciśnieniami na wylocie. Obliczenie uważa się za zbieżne, gdy wartość rezydualna jest mniejsza niż 1 x 10⁻³.
