離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲研究方法的分析與建議

離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲研究方法的分析與建議黃，宇愀洪祁大同西安交通大學(xué)流體機(jī)械研究所主對(duì)目前離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的研宄方法進(jìn)行了分析，總結(jié)出數(shù)值模擬及其計(jì)算方法還不完善。玻璃鋼風(fēng)機(jī)  離心風(fēng)機(jī)   玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)   玻璃鋼軸流風(fēng)機(jī)

提出了離心風(fēng)機(jī)蝸殼簡(jiǎn)化成個(gè)具有硬邊界的理想殼體模型的思路來(lái)研宄風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲。

1引言離心風(fēng)機(jī)的噪聲以氣動(dòng)噪聲為主，在性質(zhì)上可以分為離散噪聲與寬帶噪聲。其氣動(dòng)噪聲主要由氣體與葉輪葉片以及蝸殼的相互作用產(chǎn)生，并通過(guò)進(jìn)出氣通道加以傳播。蝸殼內(nèi)部的維非穩(wěn)定流場(chǎng)以及殼體的特殊形狀使得對(duì)其開(kāi)展研究變得困難。近年來(lái)5國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家如18，131HoJeon針對(duì)離心風(fēng)機(jī)噪聲做了很多研充在發(fā)聲機(jī)理和聲源傳播數(shù)值模擬測(cè)試技術(shù)等方面都取得了不少突破，但仍有很多需要進(jìn)步改進(jìn)和完善之處。本文綜6了近年來(lái)1內(nèi)外大量文獻(xiàn)的理論訃算和試驗(yàn)研究方法，同時(shí)提出了新的建議。2理論計(jì)算方法2.1點(diǎn)源模型對(duì)于風(fēng)機(jī)而言，點(diǎn)源模型是種十分有用的技術(shù)。

這種近似的準(zhǔn)則是，所要研究的最高頻率的波長(zhǎng)入應(yīng)該遠(yuǎn)大于聲源的物理尺寸1.為滿(mǎn)足這個(gè)準(zhǔn)則要求，對(duì)發(fā)射較高頻率噪聲的葉片，在應(yīng)用點(diǎn)源模型時(shí)，可將每個(gè)相關(guān)面積或相關(guān)體積視為個(gè)小尺寸的孤立聲源將風(fēng)機(jī)葉片用沿著葉片展長(zhǎng)分布的孤立點(diǎn)源的總和來(lái)模擬。目前有人研究了自由聲場(chǎng)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)聲源的聲學(xué)特性通過(guò)波動(dòng)方程推導(dǎo)出了運(yùn)動(dòng)點(diǎn)源產(chǎn)生的聲場(chǎng)公式，該公式適合于葉片上的每個(gè)微元啦然對(duì)葉片上的所有微元求積分就可以求出葉片運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的聲場(chǎng)但擬定葉片微元的點(diǎn)源尺寸是個(gè)難，而且般來(lái)說(shuō)風(fēng)機(jī)葉片都不是直葉片，甚至在空間有很大扭曲，用點(diǎn)源模型進(jìn)行模擬容易產(chǎn)生較大誤差。

另外，上述研宄針對(duì)的是自由聲場(chǎng)，而離心風(fēng)機(jī)必須考慮蝸殼的影響。

2.2蝸舌的尖劈模擬靜止板緣紊流邊界層聲發(fā)射的理論兌公式早已得出，但用于葉輪機(jī)械噪聲還需進(jìn)步改進(jìn)。陸桂林考慮了葉片旋轉(zhuǎn)對(duì)聲發(fā)射的影響，并結(jié)合有關(guān)試驗(yàn)資料。引入葉片兒何參數(shù)的組合關(guān)系式，推導(dǎo)出了個(gè)有2個(gè)葉片的離心風(fēng)機(jī)葉輪葉片尾緣紊流邊界層聲發(fā)射計(jì)算公式。這些都是在無(wú)蝸殼假定下噪聲計(jì)算公式的推導(dǎo)。為了模擬蝸殼存在的情況。1.。1輪附近放置個(gè)尖劈模擬蝸舌，以它來(lái)作為產(chǎn)生離散噪聲的聲源，1.

通過(guò)此模型計(jì)算出流場(chǎng)，然后用非定常的伯努利方程計(jì)算出作用在葉片微元上所受的力，最后利用界80導(dǎo)出的任意運(yùn)動(dòng)點(diǎn)源的聲場(chǎng)公式計(jì)算聲壓本文其他作者聞蘇平曹淑珍運(yùn)用該模型進(jìn)行風(fēng)機(jī)噪聲的數(shù)值模擬可以得到很多有價(jià)值的數(shù)值計(jì)算結(jié)果，改變其中些參數(shù)，如葉片數(shù)，葉輪旋轉(zhuǎn)速度和葉輪與尖劈之間的間隙等來(lái)盅新進(jìn)疔汁算。并加以比較可以分析葉片通過(guò)頻率噪聲的影響因素，對(duì)離心風(fēng)機(jī)的降噪有指導(dǎo)意義，尤其是對(duì)分析離散噪聲的成因及其降噪方法有著比較重要的作用。但是它只能模擬風(fēng)機(jī)的基頻噪聲，且仍沒(méi)有考慮完整蝸殼的存在。

2.3基于寬頻噪聲的模擬寬頻噪聲也稱(chēng)作渦流噪聲，它主要取決于對(duì)應(yīng)流場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的聲場(chǎng)解，所以渦流噪聲很多都還是試驗(yàn)研究或者理論上的定性分析。從出0方程和離心風(fēng)機(jī)的具體邊界條件出發(fā)可以得出基本方程然后基于數(shù)量級(jí)分析的基礎(chǔ)上，做了些簡(jiǎn)化，并將整個(gè)流場(chǎng)分成主流區(qū)和邊界層區(qū)分別加以討論。最后結(jié)合試驗(yàn)進(jìn)行了分析，證明了定性分析進(jìn)亍了建，2所不，利用不區(qū)域，或出丑1然廠利用傅葉。變換量綱分析以及市學(xué)相似定律導(dǎo)出了以下關(guān)系式則聲壓譜密度的達(dá)式為在得出關(guān)系式利⑴試驗(yàn)研究可以分析聲以譜密度與各參數(shù)之間的相互關(guān)系�？梢钥闯觯�利用該模型求解時(shí)，需要借助試驗(yàn)才能確定聲壓與各參數(shù)之間的體關(guān)系。因此小1能較好地從理論上直接解決離心風(fēng)機(jī)的噪聲問(wèn)。肇慶科眾風(fēng)機(jī)

2.4邊界單元法計(jì)算邊界單元法的計(jì)算例子較多，但都大同小異，這里重點(diǎn)舉李繼芳的算例加以說(shuō)明，他運(yùn)用！也積分方程得出了蝸殼面速度分布與蝸殼面聲壓的積分關(guān)系式格林函數(shù)可以得到整個(gè)蝸殼向外輻射的聲功率可以利用加速度傳感器得到蝸殼面的振動(dòng)速度分布，然后通過(guò)公式計(jì)算出蝸殼面的聲壓，或者可以通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)口或出口的聲壓計(jì)算進(jìn)出口福射的聲功率，然后得到總合成聲功率�？梢钥闯�，該計(jì)算方法可以計(jì)算蝸殼振動(dòng)引起的噪聲福射，也可以計(jì)算通過(guò)進(jìn)出口管道向外傳遞的噪聲。

但是在測(cè)量進(jìn)出口的聲壓時(shí)，由于氣流的影響，使測(cè)量受到較大的干擾，因此測(cè)定的聲壓不定是真實(shí)值；另外，由于蝸殼面各點(diǎn)振動(dòng)極不均勻，不僅僅是垂直于面振動(dòng)，甚至隨時(shí)間變化。測(cè)量時(shí)需要測(cè)量大量點(diǎn)的振動(dòng)速度，工作量大，而且可靠性不因此該方法的應(yīng)也有局限性2.5蝸殼聲電類(lèi)比模型很早人們就提出了聲電類(lèi)比方法并計(jì)算出了3心風(fēng)機(jī)的尸共振頻率，并用局階模態(tài)分析方法分析了幾個(gè)具有比亥姆霍茲共振頻率更高的譜峰，用試1收繪蝸殼內(nèi)規(guī)范化的壓分依。后宋黃其柏又在此基礎(chǔ)上提出了蝸殼基頻共振引起的噪聲增量數(shù)學(xué)模型，最后推導(dǎo)出了在共振頻率處遠(yuǎn)場(chǎng)某點(diǎn)總噪聲聲級(jí)增坑為進(jìn)出氣口以起的噪聲增；利用此式可以對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)某點(diǎn)總噪聲聲壓級(jí)增值進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化。國(guó)內(nèi)些試驗(yàn)己經(jīng)證實(shí)了蝸殼基頻共振噪聲在小流2工況的要性。

2.6聲學(xué)相似定律由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦的系列確定噪聲功率的標(biāo)準(zhǔn)，同樣也適用于風(fēng)機(jī)。試驗(yàn)各種不同型式和尺寸的風(fēng)機(jī)需要大量試驗(yàn)設(shè)備和時(shí)間，而且費(fèi)用昂貴。因此將相似定律應(yīng)用于風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲，能大大降低成本。從而1以根據(jù)1種尺寸風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)資料，對(duì)尺寸不同而因次相似的風(fēng)機(jī)系列進(jìn)行聲功率的1；七101對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲作了因次分析，且得到了無(wú)因次參數(shù)關(guān)系式隨機(jī)噪聲的頻譜噪聲可有不同的定義，63用矩形尖劈校擬蝸舌付七蝸殼的離心叫輪進(jìn)行了聲輻射研宄。得出另外，考忠到4機(jī)中存在著某種。士源其相似關(guān)系為此。換；因次相似的風(fēng)機(jī)噪聲邾！譜，可上面兩個(gè)公式的任何個(gè)，但是對(duì)于同系列而尺寸不同的風(fēng)機(jī)，常數(shù)，3和函數(shù)凡6或尸，6應(yīng)分，對(duì)應(yīng)相等。  酸霧凈化塔   塑料風(fēng)機(jī)

聲學(xué)相似定律的應(yīng)用也是需要預(yù)先知道某因次相似風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)資料才能進(jìn)行聲輻射計(jì)算開(kāi)展聲學(xué)設(shè)計(jì)也不是單純從理論上直接解決離心風(fēng)機(jī)噪聲問(wèn)3試驗(yàn)研究方法3.1進(jìn)出口管道試驗(yàn)由于缺乏準(zhǔn)確的理論數(shù)據(jù)，因此很多試驗(yàn)還是基于理論上的定性分析進(jìn)行試驗(yàn)，般都采取帶有消聲器的進(jìn)氣或出氣管道在進(jìn)出口進(jìn)行噪聲測(cè)里，然后再對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)丁頻譜分析以判斷噪聲源和傳播途徑。在試驗(yàn)過(guò)程中通常都會(huì)先分別考慮軸向徑向進(jìn)口間隙蝸殼的擴(kuò)張角和擴(kuò)張長(zhǎng)度以及蝸舌與葉輪間隙蝸舌傾斜角蝸舌半徑和葉輪類(lèi)型葉片數(shù)目等參數(shù)，分別分析這些參數(shù)對(duì)離心風(fēng)機(jī)噪聲的影響，但是這樣進(jìn)行分析和試驗(yàn)的工作量太大，而且忽略了各個(gè)參數(shù)之間的相互影響。

3.2離心風(fēng)機(jī)機(jī)殼的聲學(xué)優(yōu)化機(jī)殼的型線對(duì)于離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲而言是極其重要的，如何得到優(yōu)良的機(jī)殼型線是很多人都關(guān)注的問(wèn)在目前的大多數(shù)研究中，僅是通過(guò)修改機(jī)殼蝸舌區(qū)域來(lái)降低基頻強(qiáng)度。迅化1等改變整個(gè)蝸舌形狀來(lái)找尋關(guān)于產(chǎn)生噪聲的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

作為種試驗(yàn)工具，扮6米用了植物與動(dòng)物到戶(hù)10這10個(gè)變量在各種角向位置時(shí)蝸舌壁面離轉(zhuǎn)子軸的距離來(lái)描述蝸舌。通過(guò)變量戶(hù)1到戶(hù)10的隨機(jī)變動(dòng)產(chǎn)生組9個(gè)后代量，9個(gè)后代量最佳型線。但是該試驗(yàn)程序只考慮到了蝸殼自身參數(shù)的影響，而忽略了葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

3.3高心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化試驗(yàn)方法大量的試驗(yàn)是在保證其他參數(shù)不變的前提下，只改變某個(gè)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)得出其優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而忽略了各個(gè)參數(shù)之間的相關(guān)性，因此利用優(yōu)化試驗(yàn)方法正交回歸設(shè)計(jì)方法，最優(yōu)回歸設(shè)計(jì)方法等就很有必要。些文獻(xiàn)中己通過(guò)不同實(shí)例計(jì)算出了風(fēng)機(jī)聲壓級(jí)與系列參數(shù)之間的回歸函數(shù)關(guān)系式，并采用了優(yōu)化方法進(jìn)行了計(jì)算。其基本思想是在選擇離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，考慮到各個(gè)矣數(shù)之間的+關(guān)刊，在丈際應(yīng)利優(yōu)化回，方法，通過(guò)試驗(yàn)得到系列數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)噪聲值的非線性回歸，得到個(gè)非線性方程后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如可將聲壓級(jí)1針對(duì)8個(gè)參數(shù)進(jìn)行3次回歸設(shè)計(jì)得出其關(guān)系式然后采逐步歸分析法逐個(gè)以入變進(jìn)因子篩選。每引入個(gè)新的變量都對(duì)前面的變量進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，保留其中對(duì)5凡影響顯著的變量，剔除對(duì)5影響不顯著的變量，從而可以得到個(gè)最優(yōu)回歸方程，該方程中包含所有對(duì)1影響顯著的變量。這種優(yōu)化手段用較少的試驗(yàn)就可以得出比較滿(mǎn)意的結(jié)果，但是它不能夠得到各個(gè)噪聲源對(duì)接受者的貢獻(xiàn)。

3.4相干分析技術(shù)為了彌補(bǔ)述缺陷如汾析技術(shù)岜隨相覽機(jī)的發(fā)1傾開(kāi)展了，在嘩聲源的識(shí)別中。經(jīng)；遇到的情況所感受，噪聲系來(lái)自多個(gè)噪聲源，通過(guò)相干分析，就1似付個(gè)戶(hù)1源各內(nèi)付接受者的影響，這1技求已玉內(nèi)應(yīng)吼閩內(nèi)外文獻(xiàn)已利用相戶(hù)分析技術(shù)分析離心風(fēng)機(jī)哚聲的源特性及其產(chǎn)生機(jī)現(xiàn)，其基木理是基于將噪聲傳遞系統(tǒng)視為個(gè)多輸入中輸出的系統(tǒng)系統(tǒng)中備個(gè)輸入源之間互不相干，3.

眷慮蝸殼的離心風(fēng)機(jī)的噪聲模擬及計(jì)算是需要解決的問(wèn)。因此，提出的建議是可以把離心風(fēng)機(jī)蝸殼簡(jiǎn)化成個(gè)具有硬邊界的理想殼體模型，4.并暫時(shí)忽略進(jìn)出口軟邊界的影響，推導(dǎo)出殼體內(nèi)的格林函數(shù)，而后將此格林函數(shù)推廣到考慮進(jìn)出口軟邊界的情況，然后利用該函數(shù)對(duì)離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部由旋轉(zhuǎn)葉輪產(chǎn)生的氣動(dòng)聲場(chǎng)進(jìn)行時(shí)域求解便可以得到理論解方程。在計(jì)算出離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部的維非穩(wěn)定流場(chǎng)之后，利用該模型和理論解方程就可求出與流場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)聲場(chǎng)，這樣就可以彌補(bǔ)蝴其他計(jì)算模擬方法的不足，我所正在進(jìn)行這方面的理論和計(jì)算工作，同時(shí)也為同行們進(jìn)行離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲計(jì)算提供參考。目前，已經(jīng)得到了忽略進(jìn)出口軟邊界的蝸殼體內(nèi)的格林函數(shù)3.5計(jì)算機(jī)指導(dǎo)試驗(yàn)由于試驗(yàn)設(shè)備繁重，工作量大，處理數(shù)據(jù)繁瑣，因此利用電腦監(jiān)控試驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理是必不可少的，現(xiàn)在可以用微機(jī)進(jìn)行數(shù)字化動(dòng)靜態(tài)測(cè)試分析。虛擬儀器簡(jiǎn)稱(chēng)1和卡泰儀器簡(jiǎn)稱(chēng)0丁人1技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速，虛擬儀器被稱(chēng)為是振動(dòng)噪聲動(dòng)力學(xué)控制技術(shù)的革命。05大世普軟件虛擬儀器庫(kù)具有國(guó)際先進(jìn)水平的大容量數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理軟件系統(tǒng)，其功能強(qiáng)大，用途廣泛，可于進(jìn)1振動(dòng)。沖擊。噪聲。信號(hào)和，息處理。計(jì)算機(jī)輔助測(cè)式。校態(tài)分析，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)修改。故障診斷與，基檢測(cè)環(huán)境振動(dòng)與噪聲測(cè)試等諸多分析測(cè)試工作。只是到目前為止，虛擬儀器在風(fēng)機(jī)行業(yè)中應(yīng)用還很少，如果能廣泛應(yīng)用，將會(huì)使離心風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)測(cè)式。數(shù)據(jù)采集與分析進(jìn)入外全新的階段，4討論1對(duì)于離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲而言，數(shù)值模擬及其計(jì)算方法還不成熟，不能得出計(jì)算離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的理論公式，有的即使得到了聲壓與各參數(shù)之間聯(lián)系，還需要借助試驗(yàn)來(lái)確定具體關(guān)系式，顯然這些方法只限于對(duì)己有風(fēng)機(jī)進(jìn)行計(jì)算，而不能在對(duì)新風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣動(dòng)設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)。因此根據(jù)此格林函數(shù)求得了蝸殼內(nèi)部聲場(chǎng)的，域解但是由于忽略了蝸殼進(jìn)出口軟邊界的影響，這個(gè)公式與實(shí)際情況還有較大差距，因此還有必要對(duì)此進(jìn)行深入研，以得到有進(jìn)出口軟邊界時(shí)蝸殼內(nèi)部的格林函數(shù)并進(jìn)行時(shí)域求解。風(fēng)機(jī)廠家

2隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，噪聲試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展比較迅速，些先進(jìn)的試驗(yàn)手段己經(jīng)應(yīng)用于風(fēng)機(jī)上，但還是不夠；在其他行業(yè)，虛擬儀器的使用和仿真試驗(yàn)已大大減少了人力物力，使得很多難以進(jìn)行的試驗(yàn)變得容易開(kāi)展，建議應(yīng)使這些先進(jìn)的試驗(yàn)手段盡快應(yīng)用于風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲行業(yè)并不斷開(kāi)發(fā)拓展其應(yīng)用范圍