蜗壳散射对离心风机气动噪声传播的影响

理论分析了声波在空气-钢板界面上的传播过程.结果表明:声波在蜗壳壁面上的入射角不小于3.23°时发生全反射;在入射角小于3.23°时虽然存在声波的透射,但当蜗壳厚度不小于3 mm时,声波经A声级计权后的隔声量大于40 dB,证明了将蜗壳作为声学硬边界条件处理的合理性.采用薄壳体边界元方法计算分析了将蜗壳作为声学硬边界对声波传播的影响,结果表明:蜗壳对低频声波传播的影响不明显,风机低频声源可以近似为紧凑声源,但随着频率的增大,声波受到蜗壳散射的影响逐步明显,蜗壳曲面上的漫反射使得风机内部分布声源激发的声场趋近均匀化.     

振动噪声和气动噪声统一分析方法的理论研究

首先对振动声学和气动声学理论进行了关联性分析,证明了振动声辐射的积分方程是FW-H方程的一种特殊形式,表明声比拟理论不仅适用于气动噪声的预测,而且同样适用于振动噪声的预测,是分析噪声产生机理的普适化理论。然后利用FW-H方程计算了球脉动和振动辐射噪声的声压级,计算结果和采用振动声学理论分析得到的结果完全一致。在此基础上,对流固耦合噪声的预测方法进行了探讨分析。结果表明,流体和弹性薄壳体耦合作用激发的噪声仅取决于流体的运动速度和流固界面的作用力,而与壳体边界的振动速度无直接相关。     

离心风机气动噪声的数值预测

介绍了一种开口薄壳体边界元方法,该方法的系数矩阵小于以前的方法,能够降低计算成本.将该方法应用在离心风机的噪声预测中并考虑了蜗壳对声波反射和散射的影响.首先利用RANS方程和标准k-ε模型求解离心风机内部的非定常流动,获得声源项信息,然后采用快速傅里叶变换将源项的时域信息转换为频域信息,最后采用开口薄壳体边界元方法预测风机的气动噪声.数值计算和实验测量结果表明,由于该方法考虑了蜗壳反射和散射的影响,对风机基频及其2次谐波的声压级具有较好的预测精度,但对高频声的预测结果仍不是很满意.     

基于叶型和叶栅稠度改进调节门性能的实验研究

对某风机的常规调节门进行了改进,用双直线叶型替代原直叶片叶型,采用提高调节门小半径处叶片的弦长来增加叶栅稠度.针对改进后的调节门,采用五孔探针对调节门后的流动参数进行了详细的测量.结果表明:采用双直线叶型可以减小调节门的阻力系数并增加调节门的预旋系数,当叶型两直线间的夹角为20.时效果较好;另外,增加叶片弦长可以比较明显地增加调节门的预旋系数,而阻力系数基本保持不变;预旋作用的增大对提高调节门的调节能力和节能效果均有比较明显的作用;该实验使用的离心风机的调节门叶片角度在50°～90°的范围内时,相同流量下风机功率减小2%～3%.根据总体性能分析,为消除由于叶片角度初始位置定义不同带来的影响,可以考虑采用旋阻曲线来反映调节门的性能.     

离心风机平板直叶片调节门的实验研究

为了改进风机调节门的性能和作用,采用五孔探针对平板直叶片调节门前后的流动进行了详细的测量,得到了流动参数沿流动方向的衰减变化规律.实验分析结果表明:调节门导致其下游流动沿半径方向的分布很不均匀,而沿圆周方向的分布比较均匀,对其上游流动的分布形态影响很小;阻力系数和预旋系数随调节门叶片角度的增大而增大,但在叶片角度大于40°~50°时阻力系数的增加明显快于预旋系数.针对风机调节门的流动特性,采用预旋系数、阻力系数做为全面评价风机调节门性能的主要指标是可行的.从兼顾流动均匀性和预旋两方面因素考虑,从调节门出口到叶轮进口之间的最佳距离约为叶片平均弦长的4~8倍.根据调节门流动参数沿径向、周向和沿轴向的分布特点,提出了加大调节门流道中心处叶片的弦长、改进平板直叶片叶型及优化最佳叶栅稠度等参数的建议.     

基于非定常流场的离心风机气动噪声分析

提出了一种不直接求解声场却能为离心风机降噪提供有用信息的分析方法.首先,利用有限容积法对风机内部的非定常流场进行计算.然后,采用时域和频域分析方法对流场内静压脉动的强度和频率进行分析.最后,根据声学基本理论,判定风机内部主要气动噪声源的位置及噪声类型.应用该方法对某离心风机进行了计算,并将分析计算结果与该风机的噪声测量结果进行了对比,证明该方法能够有效地判断气动噪声源的位置和噪声类型.     

前向离心风机蜗壳出口结构的数值优化

对某前向离心风机内部三维非定常流动进行了数值计算,重点研究了蜗壳出口的3个结构参数--蜗壳出口扩张角、叶轮的露出长度以及蜗舌间隙对风机气动性能及气动噪声的综合影响.通过响应面方法对数值结果进行二次回归拟合,得到3个结构参数与风机效率和A声级间的函数关系,并进行了优化分析.数值结果表明:叶轮露出长度和蜗舌间隙对风机效率和A声级影响较为显著,通过优化能够在保持风机效率基本不变的情况下使A声级降低9.4 dB.将可靠的CFD数值技术与响应面方法结合起来用于指导离心风机的改进及试验设计是可行的.     

离心压缩机叶轮叶片疲劳断裂故障的数值分析

采用有限元方法计算了离心压缩机叶轮叶片的前14阶模态和离心力作用下的静应力,并采用单向流固耦合方法计算了叶轮叶片在非定常气动力载荷下的等效交变应力．为了节省计算成本,离心叶轮采用满足循环对称条件的单扇区模型．计算结果表明：非定常气动力载荷的主频率落入叶轮叶片第6阶固有频率的共振区,导致在叶轮叶片的前缘附近区域形成局部共振,使该区域的等效应力最大;离心叶轮叶片在离心力和非定常气动力共同作用下形成的交变应力小于工作条件下的屈服应力,不会形成叶片的塑性破坏,但交变载荷的长期作用导致了叶片前缘区域的高周疲劳破坏．预测的叶片应力集中位置和实际断裂位置一致,表明了该方法在工程实践中的有效性．     

直板型叶片扩压器流场的实验测量与数值研究

利用激光多普勒测速仪（LDV）测量系统测量了3个不同的工况下离心风机直板型叶片扩压器内部的三维速度场，并对叶片扩压器内部流场及其随流量变化的规律进行了分析．同时，在实验测量的基础上对整个实验风机进行了非定常数值模拟，并对比分析了扩压器内部及其上游流场的数值计算和实验结果．结果表明：数值结果与实验结果吻合得很好；沿着扩压器的流道方向气流的速度逐渐减小，非定常速度脉动也逐渐减弱，非定常速度脉动的频率和叶轮的叶片通过频率一致；随着流量的减小，扩压器的扩压能力逐渐增强，扩压器叶片压力面附近的低速区逐渐减小，扩压器上游及内部流场受蜗壳的盘、盖侧空腔影响逐渐增大．     

椭圆形进口集流器对多翼离心风机性能影响的实验研究

针对中央空调中广泛使用的多翼离心风机,设计了一种新结构的椭圆形进口集流器,实验研究了这种集流器对风机性能的影响.研究结果表明:适当增加集流器出口面积有利于改进风机的气动性能,但同时噪声有所提高;相比传统集流器,具有合理参数及安装位置的椭圆形集流器能够更好地提高风机的综合性能.当椭圆形集流器的偏心角θ为0°、偏距比ε1和ε2均为0.067时,风机在变转速工况范围内的风量增加了8.8%～12.8%,总效率提高了1.7%～4.6%,噪声降低了0.4～0.6dB;当θ为30°、ε1和ε2均为0.067时,风机风量增加了2.5%～6.0%,总效率提高了0.6%～1.4%,噪声降低1.2～1.5dB.实验结果为改进前向多翼离心风机的性能提供了一条可以继续探索的途径,也可为完善该类风机的设计方法提供参考.