低压轴流风机噪声的数值预估.pdf

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1、Vol.29,No.5,2001FLUIDMACHINERY25X低压轴流风机噪声的数值预估清华大学王东宝吕键黄东海朱之墀摘要采用流场三维数值模拟结果,得到叶片边界层数据,再用尾流脱落模型进行低压轴流风机的噪声预估;两个样机实验表明,采用这种方法得到的预估结果和实验结果比较吻合。关键词低压轴流风机噪声预估数值模拟尾流脱落模型1前言和实验结果的比较分析。表1样机主要参数随着轴流风机在通风、空调、冷却设备和交通风机直径流量压头转速(mm)3(Pa)(r/min)(m/h)工具中的应用日益广泛,风机噪声日渐受到重视。#140045001001450但轴流风机

2、噪声预估一直很困难。#250076001391450目前,轴流风机噪声预估的模型主要有两个:一个是Fukano等在1977年提出的尾流脱落模[2]2Lee的预估公式[1]型,认为噪声主是由叶片尾缘涡的脱落引起的升力脉动产生的,它可以较好地预测宽带噪声;另Lee提出的低压轴流风机噪声的总能量为:[2]一个是叶片力模型,认为噪声的主要来源是作2∞Bρ(KVVi)n用于叶片上的力的脉动,它能够较好地预测离散E=3∫{[∑(-1)24πa0cbxbzn=1span噪声。∞[3]2nωc本文选用了Lee发展的尾流脱落模型。在×(αn-1)]+[∑(-1)n=12

3、V这个模型中,Lee主要修正了涡的强度和关联面22积的计算方法,其中涡的强度是由边界层信息(包×(αn-)]}dz(1)αn+1括边界厚度和动量厚度)来计算的。因此,叶片边其中Vi=(K/2a)tanh(πs)(2)界层信息是Lee模型计算噪声的关键。由于叶片2K=V[πsa-(πsa)-2πaT(θu+θl)]/T旋转,很难用其它方法给出边界层的信息,在Lee(3)模型中,叶片边界层的参数是用平板边界层来近T=2πstanhπs-1(4)似的,它不能很好地反映风机工作的实际情况。s=b/a=01281(5)本文采用轴流风机流场三维数值模拟的结果给出b

4、=016δu+016δl+d(6)叶片边界层的信息,使之更符合实际情况。ω=2π(V-Vi)/a(7)本文使用的风机流场三维数值模拟程序软件是清华大学流体声学实验室历经多年开发的,先αn=(ξn+c/2)/(ξn-c/2)(8)后用于离心、轴流风机,取得了令人满意的效果。ξn=c/2+na/2(9)本文用来预估和实验的两个样机主要参数如表1式中B———叶片数所示。ρ———空气密度下面首先简要介绍Lee尾流脱落模型的预估a0———声速公式,然后讨论边界层参数对噪声的影响,并提出K———尾数脱落涡的强度我们的修正方法,最后给出两个样机的预估结果V———相对

5、叶片流速X收稿日期:2000—11—2026流体机械2001年第29卷第5期Vi———对流速度拟得到叶片面上尾缘速度分布,再由此得到上、下bx———常数,bx=0119边界层厚度之和h,它和平板边界层厚度沿叶高bz———常数,bz=0171z的变化如图1所示。ω———角频率(即风机噪声角频率)从图1可以看出平板边界层近似的h小于c———弦长6mm,而数值模拟的h大得多。h对噪声频率fb、a———脱流涡的横向、纵向间距的影响很大,叶片辐射噪声频率f沿叶高z的变d———叶片厚度化如表2所示。由平板边界层得到的频率范围为δu、δl———叶片尾缘上、下边界层厚

6、度1000～1600Hz,而数值模拟的频率范围为450～θu、θl———叶片尾缘上、下边界层动量厚度1050Hz。实验表明,对于辐射噪声频率,数值模拟在叶轮设计和转速确定后,Lee公式中尚未结果与实验结果比较吻合。能确定的只是叶片尾缘边界层参数,但对于旋转表2辐射噪声频率f沿叶高z的变化叶轮来说z(mm)平板边界层f(Hz)数值模拟f(Hz),它们很难确定,Lee建议采用平板边界171510681148018[4]层公式,即:351112011361213δ=δ=0137cRe-012(10)521613341478317ulc701214641110

7、1515θu=θl=[(H-1)/H(H+1)]δu(11)8718157912106019式中Rec———以c为特征长度的雷诺数H———形状因子,取H=11286叶片边界层的形状因子H值对噪声的影响显然,它们与旋转叶片边界层参数相差较远,更大。文献[5]给出了叶轮机械中H值的估算公因为这里没有反映叶片形状和风机工作状况的影式:11681响。H=1126+01785(Deq-1)(14)按下式计算E:WmaxDeq=(15)E/2=(4π/3)(r2/ρa2(12)Wout0)P式中Wmax———吸力边最大速度最后计算声压级:22Wout———出口速度

8、SPL=10log10(P/Pref)(13)3边界层参数对噪声的影响用平板边界层来近似叶片边