对旋风机叶轮轴向间隙对噪声及气动性能的影响研究

摘要

对旋风机已经在矿山工程中得到广泛的推广和应用，因其风量大、风压高的特点，为煤矿井下通风发挥了重要的作用；随着人们节能环保意识的增强，风机噪声和气动性能逐渐被人们所关注和重视，噪声问题成为了限制其进一步发展的因素之一。
　　 对旋风机噪声包括电动机的电磁噪声、机械噪声和气动噪声，其中以气动噪声为主。本文在前人的研究基础上，针对不同的对旋风机叶轮轴向间隙对其噪声及气动性能的影响进行了分析研究。全文以流体噪声理论和轴流风机空气动力学原理为出发点，一方面从噪声源着手，分析了对旋风机的噪声特点及产生机理。实验结果表明，对旋风机气动噪声主要由各阶谐波的离散噪声和分布在一定频谱范围内的宽频噪声组成。另一方面以轴流风机基元级与速度三角形为基础，对轴流通风机的压力损失和效率进行了分析。分析结果表明，轴流风机的结构参数与压力损失密切相关，这些参数将直接影响到轴流通风机的综合性能。
　　 对旋风机内部流场的研究是进行气动噪声和气动性能分析的基础，为了解轴向间隙的变化对风机内部流场的影响，本文以CFD技术建立了对旋风机计算模型，采用Navier-Stokes方程，用重整化群方法(RNG)的κ-ε湍流模型进行封闭，在定常条件下对不同轴向间隙的对旋风机内部流场进行了全流道数值计算，总结了其内部流动特征，为不同叶轮轴向间隙的风机气动噪声及气动性能的分析奠定了基础；同时通过实验手段分析了实验样机的叶轮相对轴向间隙分别为0.35、0.45、0.55、0.60、0.65、0.75、0.80、0.85、0.95、1.15时的风机噪声和气动性能。计算及实验结果表明，对于FMIA翼型叶片的对旋风机，增大轴向间隙时其噪声频谱向人耳感觉不敏感的低频区域移动；相对轴向间隙大于或等于0.60时可有效降低其噪声；相对轴向间隙介于0.55～0.85时更有利于提高对旋风机效率和增大风机压力。综合考虑其气动性能和噪声，优选出对旋风机的相对轴向间隙范围为0.60～0.85。

目录

文摘

英文文摘

1 绪 论

1.1 论文研究的背景和意义

1.2 国内外相关研究现状分析

1.2.1 风机噪声理论研究现状

1.2.2 轴流风机叶轮轴向间隙的研究现状

1.3 论文的工作目标和主要内容

2 对旋风机的噪声机理及特性分析

2.1 声学基础

2.1.1 声音和噪声的基本概念

2.1.2 声学参量

2.1.3 基本声学方程

2.2 流体噪声理论

2.2.1 噪声源的组成及简化

2.2.2 Lighthill波动方程

2.2.3 涡声理论

2.3 对旋风机噪声的产生

2.3.1 旋转噪声

2.3.2 涡流噪声

2.4 对旋风机的噪声特性实验

2.4.1 实验目标及方法

2.4.2 实验结果分析

2.5 本章小结

3 轴流通风机空气动力学原理

3.1 轴流通风机基元级及速度三角形

3.2 轴流风机的基本方程

3.2.1 轴流风机基元级的理论全压方程

3.2.2 空气动力基本方程

3.2.3 轴流风机的径向平衡方程

3.3 轴流通风机的损失与效率

3.3.1 轴流通风机的损失估算

3.3.2 轴流通风机的效率

3.4 本章小结

4 对旋风机流场数值模拟

4.1 数值模拟方法概述

4.1.1 控制方程

4.1.2 数值离散方法

4.1.3 湍流模型

4.1.4 使用k-ε模型时近壁区的计算问题

4.1.5 边界条件

4.2 对旋风机流场计算

4.2.1 模型机的结构特点

4.2.2 模型建立及网格划分

4.2.3 边界条件的定义

4.2.4 模拟方案的确定

4.3 模拟结果及分析

4.3.1 残余余量及计算误差分析

4.3.2 对旋风机内部流动分析

4.3.3 对旋风机流道内的压力特点

4.3.4 对旋风机流道内的湍流分布

4.3.6 对旋风机气动性能分析

4.4 本章小结

5 对旋风机噪声及气动性能实验研究

5.1 实验方案的确定

5.2 通风机实验系统简介

5.3 实验结果分析

5.3.1 对旋风机噪声测量结果

5.3.2 对旋风机气动性能分析

5.4 本章小结

6 论文总结与展望

6.1 论文总结

6.1.1 论文结论

6.1.2 论文创新点

6.2 全文展望

参考文献

致谢

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文