Multidisziplinäre Optimierung eines Axialventilators für Wärmepumpen
Auf einen Blick
- Projektleiter/in : Prof. Dr. Marcello Righi
- Projektteam : Sven Düzel, Christian Hauschel
- Projektvolumen : CHF 217'350
- Projektstatus : abgeschlossen
- Drittmittelgeber : Innosuisse (Innovationsprojekt / Projekt Nr. 52956.1 IP-EE)
- Projektpartner : Ostschweizer Fachhochschule OST, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA, SOLTOP Schuppisser AG, Kunststoff Schwanden AG
- Kontaktperson : Marcello Righi
Beschreibung
Luft-Wärmepumpen bestehen in der Regel aus einer externen Einheit mit einemAxialventilator, der die Luft durch den Wärmetauscher bläst. Um dieLärmbelästigung zu reduzieren, versuchen die Hersteller eine möglichstgeräuscharme Konfiguration zu erreichen und dabei den angestrebten Druck undVolumenstrom beizubehalten. Ziel dieses Projekts war die Entwicklung einesgeräuscharmen Ventilators mit einem angemessenen Wirkungsgrad an mehrerenBetriebspunkten unter Berücksichtigung struktureller und geometrischerEinschränkungen.Um ein geräuscharmes Lüfterdesign zu erhalten, wurde ein automatischesOptimierungsverfahren entwickelt. Diese Optimierung istmultidisziplinär, da die Zielfunktion die Auswirkungen der Aerodynamik (RANSCFD), der Akustik (Ton- und Breitbandmodelle), der Struktur (FEM) und dergeometrischen Einschränkungen berücksichtigt. Für die Optimierung wurde einadaptiver Surrogate-Optimierer verwendet. Diese Art von Optimierer tastet nichtnur den Raum der Entwurfsvariablen ab und erstellt ein anfängliches Surrogate-Modell auf der Grundlage der ausgewerteten Punkte, sondern verbessert das Modell adaptiv, wenn neue Auswertungen der Zielfunktion berechnet werden.Die automatisch erstellten Entwürfe wurden in ein CAD-System importiert und mitgeometrischen Details versehen, um die Geräuschemissionen noch weiter zureduzieren. Die endgültigen Geometrien wurden mit selektivem Lasersintern 3D gedrucktund auf einem im Rahmen dieses Projekts entwickelten modularenPrüfstand montiert.Unsere Projektpartner an der Empa und am OST haben die akustischen undaerodynamischen Eigenschaften der verschiedenen Designs gemessen. Zusätzlichwurden ähnliche Ventilatoren von verschiedenen Herstellern als Referenzgemessen. Der Vergleich zwischen unseren besten Designs und der Referenz zeigt,dass wir die akustische Leistung noch weiter verbessern konnten, während dererforderliche Volumenstrom und Lüfterdruck beibehalten wurde.