离心风机气动噪声研究方法的分析与建议

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1、离心风机气动噪声研究方法的分析与建议AnalysisandSuggestiononResearchMethodsofAerodynamicNoiseforCentrifugalFan黄曌宇刘秋洪祁大同闻苏平曹淑珍西安交通大学流体机械研究所摘要：对目前离心风机气动噪声的研究方法进行了分析，总结出数值模拟及其计算方法还不完善。提出了离心风机蜗壳简化成一个具有硬边界的理想壳体模型的思路来开研究风机气动噪声。关键词：离心式通风机气动噪声研究方法中图分类号：TH432文献标识码：B文章编号：1006-8155（2005）01-0003-0

2、4Abstract:Analysisiscarriedoutonresearchmethodsofaerodynamicnoiseforcentrifugalfan.Numericalsimulationissummarized,anditscalculatingmethodisnotperfect.Thethinkingofthatcentrifugalfanvolutesimplifiedanidealcasingmodelwithhardboundaryisputforwardinordertoresearchfanaer

3、odynamicnoise.Keywords:CentrifugalfanAerodynamicnoiseResearchmethods1引言离心风机的噪声以气动噪声为主，在性质上可以分为离散噪声与宽带噪声。其气动噪声主要由气体与叶轮叶片以及蜗壳的相互作用产生，并通过进、出气通道加以传播。蜗壳内部的三维非稳定流场以及壳体的特殊形状使得对其开展研究变得困难。近年来，国内外专家如：Lowson、Wan-HoJeon等都针对离心风机噪声做了很多研究，在发声机理和声源传播、数值模拟、测试技术等方面都取得了不少突破，但仍有很多需要进一步改

4、进和完善之处。本文综合了近年来国内外大量文献的理论计算和试验研究方法，同时提出了新的建议。2理论计算方法2.1点源模型对于风机而言，点源模型是一种十分有用的技术。这种近似的准则是，所要研究的最高频率的波长应该远大于声源的物理尺寸。为满足这个准则要求，对发射较高频率噪声的叶片，在应用点源模型时，可将每个相关面积或相关体积视为一个小尺寸的孤立声源，将风机叶片用沿着叶片展长分布的孤立点源的总和来模拟。目前有人研究了自由声场旋转点声源的声学特性；Lowson通过波动方程推导出了运动点源产生的声场公式，该公式适合于叶片上的每个微元体，然后

5、对叶片上的所有微元求积分就可以求出叶片运动产生的声场。但拟定叶片微元的点源尺寸是一个难题，而且一般来说风机叶片都不是直叶片，甚至在空间有很大扭曲，用点源模型进行模拟容易产生较大误差。另外，上述研究针对的是自由声场，而离心风机必须考虑蜗壳的影响。2.2蜗舌的尖劈模拟图1离心风机叶轮和尖劈模型静止平板尾缘紊流边界层声发射的理论计算公式早已得出，但用于叶轮机械噪声还需进一步改进。陆桂林考虑了叶片旋转对声发射的影响，并结合有关试验资料，引入叶片几何参数的组合关系式，推导出了一个有个叶片的离心风机叶轮叶片尾缘紊流边界层声发射计算公式。这些

6、都是在无蜗壳假定下噪声计算公式的推导。为了模拟有蜗壳存在的情况，Wan-HoJeon在叶轮附近放置一个尖劈模拟蜗舌，以它来作为产生离散噪声的声源,如图1所示。通过此模型计算出流场，然后用非定常的伯努利方程计算出作用在叶片微元上所受的力，最后利用Lowson导出的任意运动点源的声场公式计算声压(1)(2)5式中运用该模型进行风机噪声的数值模拟可以得到很多有价值的数值计算结果，改变其中一些参数，如叶片数，叶轮旋转速度和叶轮与尖劈之间的间隙等来重新进行计算，并加以比较可以分析叶片通过频率噪声的影响因素，对离心风机的降噪有指导意义，尤其

7、是对分析离散噪声的成因及其降噪方法有着比较重要的作用。但是它只能模拟风机的基频噪声，且仍没有考虑完整蜗壳的存在。2.3基于宽频噪声的模拟声场气流方向声源区域宽频噪声也称作涡流噪声，它主要取决于对应的流场。至今尚未看到与离心风机蜗壳内部完整流场所对应的声场解，所以涡流噪声很多都还是实验研究或者理论上的定性分析。从Lighthill方程和离心风机的具体边界条件出发可以得出基本方程(3)式中，为源项图2噪声源模型然后基于数量级分析的基础上，做了一些简化,并将整个流场分成主流区和边界层区分别加以讨论。最后结合试验进行了分析，证明了定性分

8、析的可行性。L.Mongeau针对离心风机的宽频噪声进行了建模，如图2所示，利用图示区域，Lighthill的求解理论可得出声压的波动方程(4)然后利用傅立叶变换、量纲分析以及声学相似定律导出了以下关系式(5)则声压谱密度的表达式为(6)在得出关系式后利用试验研