吹吸一体式吸叶机CFD仿真与降噪研究

摘要

吹吸一体式吸叶机工作时，噪声很大，操作舒适性能较差，严重危害操作者人体健康。目前有关降低吸叶机工作噪声的研究很少，大部分企业在吸叶机设计过程中依赖经验，采用仿制和实验的方法，成本高，研发效率低。本文将CFD(Computational FluidDynamics)仿真技术融入到吹吸一体式吸叶机优化设计中，以提高吸叶机气动性能和降低工作噪声为目的，对吸叶机工作部件和流道进行优化。
　　首先，对吸叶机结构进行分析，确定需要优化的5个具体工作指标:吸叶时入口流量和入口静压、吹叶时出口流量、吹/吸状态噪声声压级。简化吸叶机部分次要结构，抽取吸叶机流道，通过合理的网格划分方式和求解条件获得吸叶机在吹叶和吸叶状态下的仿真模型，完成吸叶机的稳态流场仿真。在蜗壳出口处，由于设计不合理，产生涡旋，导致流动损失和噪声增大。平直蜗舌未能起到很好的导流作用，吹叶时，蜗舌附近处有空气回流。流场仿真的结果为结构优化设计提供参考。
　　其次，为了提高计算精度，同时考虑到计算机性能，通过大涡模型与FW-H声模型结合的方法，计算吸叶机吹/吸状态下监测点处噪声。旋转噪声基频及倍频所在频带的噪声明显大于其他频段噪声，因此吸叶机气动噪声以旋转噪声为主。
　　再次，按照风机气动性能和噪声测量标准，测量吸叶机吹叶时出口流量，吸叶时入口流量和静压，以及监测点处噪声声压级，分析采集的噪声信号和振动信号。将实验结果与仿真结果进行对比，验证了模型的正确性。
　　最后，以叶片数、轮毂比和出口安装角为优化因素，采用正交试验法对叶轮进行结构优化。针对蜗壳结构的不合理，在蜗壳出口采用圆弧连接方式，用圆弧蜗舌替换平直蜗舌，减轻了气流对壁面的冲击;推拉式吹/吸转换装置减少了气流泄露，气动性能得到提高。当圆弧蜗舌半径为4.3mm时，气动性能和噪声达到最佳平衡点。依据相似定律，将转速降低2000rpm。最终吸叶机吹叶和吸叶时噪声明显降低，同时气动性能得到提高，很好地达到了优化目标。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 削弱离心风机的噪声源研究现状

1．2．2 削弱传播路径上的噪声研究现状

1．2．3 风机气动噪声有源控制研究现状

1．3 论文的研究内容

第2章 离心风机内流体运动与噪声基本理论

2．1 流体运动基本理论

2．1．1 流体力学控制方程

2．1．2 湍流基本理论

2．1．3 离心风机基本方程

2．2 气动噪声基本特性

2．2．1 气动噪声的声源特性

2．2．2 气动噪声的传播特性

2．2．3 风机气动噪声数值预测模型

2．3 本章小结

第3章 吸叶机流场与噪声数值计算

3．1 吸叶机简介

3．1．1 吸叶机的结构

3．1．2 吸叶机主要工作性能参数

3．2 模型的前处理

3．2．1 结构简化与流道抽取

3．2．2 模型的网格划分

3．3 仿真参数确定及模型求解

3．3．1 边界条件的分析

3．3．2 稳态流场的求解方法

3．3．3 声场的求解方法

3．4 数值计算结果分析

3．4．1 稳态流场计算结果分析

3．4．2 声计算结果分析

3．5 本章小结

第4章 吸叶机气动性能及噪声测试实验

4．1 吸叶机气动性能测试

4．2 吸叶机噪声测试

4．3 测量结果与仿真结果对比

4．3．1 气动性能对比

4．3．2 噪声测试结果分析与对比

4．4 本章小结

第5章 吸叶机结构优化

5．1 吸叶机叶轮的正交试验优化设计

5．1．1 叶轮对气动性能和噪声的影响

5．1．2 正交试验表的确定

5．1．3 正交优化结果分析

5．2 吸叶机蜗壳出口结构优化

5．2．1 吹叶时蜗壳出口结构优化

5．2．2 吸叶时蜗壳出口结构优化

5．2．3 吹吸转换结构设计

5．3 最佳蜗舌设计

5．3．1 蜗舌对气动性能和噪声影响

5．3．2 最佳蜗舌半径的选择

5．4 调速调压

5．4．1 调速调压与节流调压

5．4．2 风机的相似定律

5．4．3 调速调压结果

5．4．4 改进后蜗壳内流场情况

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文