多翼离心风机整流破涡及气动噪声研究

摘要

CFD技术在多翼离心风机流场分析及性能预测方面具有较大优势，不仅可以很好预测风机性能，而且能细致捕捉速度、压力分布等特征，同时其对气流的细致刻画对于风机内部气流组织的优化设计具有实质性的意义。利用CFD进行数值模拟已经成为了风机设计研究的重要手段，一方面极大的缩短了设计周期、提高了设计效率，另一方面为风机的性能分析优化奠定了坚实基础。
　　本文对双吸式多翼离心风机进行三维数值模拟，各工况出口静压实验值与模拟值相对误差均不超6％，模型具有较高可信度。分析了蜗壳内部气流组织的演化过程，以及蜗壳、集流器形状，叶轮出流、蜗壳回流气流对气流组织的影响，利用三维流线分析的方法探究了双吸式多翼离心风机蜗舌附近旋涡区产生的机理。在此基础上，在蜗壳180°至270°区域壁面设置整流破涡装置，并对装置的3个尺寸参数进行正交试验。结果表明，优选方案有效破碎蜗壳内大尺度涡旋，并通过影响蜗壳内气流组织，削弱出口回流范围及强度。
　　利用实验及数值模拟的方法对风机气动噪声进行分析。首先采用全球包络法对风机整机噪声进行了声压级测量，并进行了风机噪声的频域分析，对风机5个不同部位采用等轴线布点的方法进行了各部位附近区域噪声测量，分析了不同区域噪声频域特性。结果表明风机噪声主要由离散噪声及宽频噪声构成，基频及其谐波噪声影响较大。同时，各部位附近声压级随距离逐渐衰减，但各部位声压级低频及高频特性并不相同，与其所处位置有较大关系。
　　随后，以气流组织CFD计算的定常结果作为初始条件，采用非定常方法进行模拟，并采用FW-H类比法进行气动噪声计算。模拟结果整体走势与实验保持一致，低频区，两者声压级相差不多，而FW-H法噪声模拟由于忽略风机内部固体区域的影响，使得高频噪声预测偏高。针对监测点的静压波动以及声压波动，从风机旋转大周期及叶片通过小周期两种时间尺度下进行了分析。结果表明，蜗舌与叶片测点无论是静压波动还是声压波动都有较大差异，同时，叶片测点随着角度不同，其波动特性也不尽相同，与各角度叶道出流有较大关系。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景、目的及意义

1．2 多翼离心风机国内外研究现状

1．2．1 离心通风机结构性能研究

1．2．2 数值模拟在离心风机降噪中的应用

1．3 本文主要工作

第2章 多翼离心风机气流组织分析

2．1 前向型双吸式多翼离心风机气流组织

2．1．1 CFD技术基本理论

2．1．2 三维模型创建

2．1．3 网格划分及数值计算

2．1．4 风机实验

2．1．5 气流组织分析

2．2 均匀进风及有限空间进风对风机性能影响

2．2．1 均匀进风

2．2．2 有限空间进风

2．3 本章小结

第3章 多翼离心风机蜗壳内整流破涡的研究

3．1 整流破涡装置及气流组织

3．2 性能分析

3．2．1 出口静压

3．2．2 静压效率

3．3 本章小结

3．3．1 结论

3．3．2 误差分析

第4章 多翼离心风机声场预测及模型验证

4．1 离心风机噪声实验分析

4．1．1 标准噪声测量

4．1．2 声压级周向测量

4．2 离心风机气动噪声

4．2．1 气动声源分类

4．2．2 气动噪声预测方法

4．3 基于CFD的气动噪声预测

4．3．1 声学基本方程

4．3．2 基于FW-H噪声分析

4．3 本章小结

4．3．1 结论

4．3．2 误差分析

总结及展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文