离心风机内流场数值仿真与噪声预测

摘要

离心式风机是一种通用的叶轮机械，在实际工程中有广泛的应用。本文对离心式风机内部流场进行了整机数值模拟和噪声仿真，通过分
　　析风机内部流场和噪声特性，提出了一种新型的叶片截面形式对离心式风机进行了优化设计。
　　本文首先对风机进行了内部流场的定常数值计算，考察了风机整机和其子午面、径向面、叶片表面等重要部分的静压力、动压力、速度矢量以及分析了风机内部流线情况、二次流现象以及涡流强度等特性。结果表明，离心风机流体区域的压强和流速是非轴对称的，这是由于整机的非轴对称性而产生，风机的蜗壳出口的面积过大，致使在蜗壳出口处压力过低而产生较多的逆流，使得风机出口风压减小，效率降低。再对风机进行非定常计算，在获得蜗舌、蜗壳以及叶轮表面静压波动后分别运用FW-H方程和Lowson公式将静压波动转化为偶极子声源进行声场仿真。详细分析了流场结构和声场特性以及分析研究风机结构参数对风机性能和噪声的影响，优化设计了一种新的叶片形式来改善风机性能以及降低风机噪声。通过数值模拟，本文比较了优化后的风机与原始风机的性能和流动特称。相比于原始机型，优化之后的风机的效率平均提高了5％左右，风机流场内的二次流、涡流现象均有所减弱。在声场仿真中，优化后风机模型比原始模型总声压级低5-10dB，噪声分布特性在优化模型和原始模型有相同的趋势。且离心式风机的蜗舌上与叶轮上均产生离散噪声，这两种离散噪声幅值相较于其他宽频噪声幅值都较大，他们的产生是由于叶轮与蜗舌相互作用的结果。
　　在现阶段对离心式风机降噪研究还处于试验为主的研究阶段，但试验研究成本较大、周期较长，这对风机产品开发非常不利。因此，本文探讨了一种离心式风机降噪设计的数值研究方法，在研究过程中得到的分析结果将有助于在工程中改善低噪音离心式风机的研发。

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1 绪论

1.1本文的研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的技术方向和整体框架

1.4本文的主要工作

2 离心式风机数值计算理论和声学基础

2.1流体力学的控制方程组

2.2控制方程的离散化和湍流模型

2.3离心式风机气动噪声

2.4本章小结

3 离心式风机几何建模及数值仿真

3.1离心式风机参数及设计方案

3.2离心式风机网格处理

3.3离心式风机内部流场仿真

3.4离心式风机气动声场仿真计算

3.5 风机风量和转速的改变对声场的影响

3.6本章小结

4 离心式风机叶片的优化设计

4.1翼型叶片对风机的影响

4.2翼型叶片风机数值计算

4.3翼型叶片风机声场仿真

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2后续工作展望

参考文献

致谢