275_多翼离心风机降噪优化研究

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1、多翼离心风机降噪优化研究青岛理工大学王刚，郑小锋，周睿，胡松涛，刘国丹摘要：本文对某型号多翼离心风机内流场进行三维数值模拟，发现风机前盘附近蜗舌下方存在的回流区域是影响噪声的重要因素，针对该区域，采用改变蜗舌弧度及蜗舌纵向偏移量的优化方法，达到降噪的目标。关键词：多翼离心风机三维数值模拟蜗舌弧度蜗舌纵向偏移量降噪1引言随着计算流体力学和计算机技术的发展，风机的性能优化及降噪已逐渐采用数值流场模拟的方式，与传统的试验测量方法相比，数值流场模拟有投资少、研究周期短的特点。风机噪声中占主导地位的是空气动力噪声，主要有旋转噪声和涡流噪声两部份组成Error!Ref

2、erencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.，由于在蜗舌附近叶轮与蜗壳的间隙最小，气流不均匀性最强，所以在蜗舌部位产生的旋转噪声也最强。通过调整蜗舌对风机降噪的方式有改变蜗舌半径及蜗舌间隙Error!Referencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.、改变蜗舌形状或倾斜角Error!Referencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.等方法。本文通过计算多种蜗舌弧度和蜗舌纵向偏移量的工况

3、，以分析蜗舌弧度及纵向偏移量对风机噪声产生噪声。2物理模型2.1风机的结构参数本论文所研究的风机为多翼离心风机，叶片数Z=60，叶轮外径D2=220mm，轮径比D1/D2=0.85，叶片进口安装角β1=90°，出口安装角β2=158°，叶片均为单圆弧厚度直叶片，叶片厚度δ=0.4mm，叶片圆弧半径D=19.18mm；集流口与叶轮之间的轴向间隙取6mm，选用同心的叶轮和蜗壳，其结构如图1所示。图1风机结构示意图2.2风机物理模型假设风机运行时，内部气流流动较为复杂，做如下假设：（1）由于多翼离心风机中压力，速度不是很大，故忽略空气密度的变化，假设流动为不可压

4、流动，视气体的物性为常数；（2）对湍流运动引入各向同性假设；（3）简化风机进、出风口及风机蜗壳的局部结构变化；（4）假设流动中无热量交换。2.3边界条件设定定义叶轮区域为旋转区，采用多重旋转坐标系，转速n=800r/min，其余区域为静止区，采用静止坐标系，坐标系原点位于进风口圆心，Z轴垂直进风口；叶片表面为旋转壁面，旋转壁面与静止壁面满足无滑移条件；风机进气口及出气口均为压力边界条件，压力值取大气压。2.4数值模拟流场控制的基本方程采用选取标准k—ε两方程湍流模型，壁面附近采用标准壁面函数。3数值模拟3.1网格划分采用CFD软件对离心风机内流体进行建模，

5、建模全部流体由3部分流体组成，即：集流器区流体、叶轮叶片区流体和风机内气体流动区。并对这3部分进行网格划分及边界条件设定，集流器区流体网格为结构网格，共20176个，叶轮叶片区流体网格和风机内气体流动区网格均为四面体网格，分别为个和个，其结构形式如图2所示。图2风机各部分网格划分示意图3.2求解方法计算方法采用SEGREGATED隐式方法，湍流动能、湍流耗散项、动量方程都采用二阶迎风格式离散；压力一速度耦合采用SIMPLE算法。4模拟结果及分析4.1原型风机模拟结果本文首先对风机的原设计方案建立物理模型，进行仿真计算，得到风机内部流场分布。由仿真结果可得原

6、风机产生的最大噪声为74.8dB，同时，从图3、图4、图5可以看出，气流在风机内流动时，在靠近风机前盘处时倒流回叶轮，形成回流，据参考文献[3]可知，回流是影响噪声的重要因素，由图6也可看出风机运行时该区域产生较大噪声，而该回流区处于靠近前盘侧的蜗舌下方，因此，本文通过改变风机蜗舌弧度及其纵向偏移量以减小气流流动时的回流区域，以研究它们对风机噪声的影响，并最终确定优化方案。图3风机蜗舌下方截面速度分布上视图图4风机蜗舌下方截面速度分布正视图图5风机蜗舌下方截面速度分布侧视图图6风机蜗舌下方截面噪声分布图4.2优化方案的确定4.2.1蜗舌弧度和蜗舌纵向偏移量

7、的结构根据上面的分析，本文通过采用改变风机蜗舌弧度及其纵向偏移量的方法，减小图3~6所示的回流区域。图7为蜗舌弧度调整示意图，图中R为蜗舌的弧度；图8为蜗舌偏移量调整示意图，蜗舌沿蜗壳弧度的延长线偏移，L为蜗舌偏移量，即原蜗舌位置与调整后蜗舌位置的水平距离，当L为0时，蜗舌不偏移，即蜗舌位置与原风机蜗舌位置相同。通过不同蜗舌弧度和偏移量的组合，以分析风机产生噪声大小与蜗舌的弧度R及偏移量L的关系，进而选取最优的优化降噪方案。图7蜗舌弧度结构优化示意图图8蜗舌偏移量优化示意图4.2.2优化方案对不同蜗舌弧度和蜗舌纵向偏移量的优化组合进行数值模拟，共计算54种

8、优化方案。具体弧度为150mm、220mm、325mm、375mm