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離心風(fēng)機氣動(dòng)噪聲研究方法的分析與建議

添加時(shí)間:2011/5/6 15:40:42  作者: 來(lái)源:點(diǎn)擊數:

離心風(fēng)機氣動(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)流體機械研究所主對目前離心風(fēng)機氣動(dòng)噪聲的研宄方法進(jìn)行了分析,總結出數值模擬及其計算方法還不完善。玻璃鋼風(fēng)機  離心風(fēng)機   玻璃鋼離心風(fēng)機   玻璃鋼軸流風(fēng)機

提出了離心風(fēng)機蝸殼簡(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)機氣動(dòng)噪聲。

1引言離心風(fēng)機的噪聲以氣動(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。蝸殼內部的維非穩定流場(chǎng)以及殼體的特殊形狀使得對其開(kāi)展研究變得困難。近年來(lái)5國內外專(zhuān)家如18,131HoJeon針對離心風(fēng)機噪聲做了很多研充在發(fā)聲機理和聲源傳播數值模擬測試技術(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內外大量文獻的理論訃算和試驗研究方法,同時(shí)提出了新的建議。2理論計算方法2.1點(diǎn)源模型對于風(fēng)機而言,點(diǎn)源模型是種十分有用的技術(shù)。

這種近似的準則是,所要研究的最高頻率的波長(cháng)入應該遠大于聲源的物理尺寸1.為滿(mǎn)足這個(gè)準則要求,對發(fā)射較高頻率噪聲的葉片,在應用點(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)機葉片用沿著(zhù)葉片展長(cháng)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)旋轉點(diǎn)聲源的聲學(xué)特性通過(guò)波動(dòng)方程推導出了運動(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)微元啦然對葉片上的所有微元求積分就可以求出葉片運動(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,上述研宄針對的是自由聲場(chǎng),而離心風(fēng)機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,但用于葉輪機械噪聲還需進(jìn)步改進(jìn)。陸桂林考慮了葉片旋轉對聲發(fā)射的影響,并結合有關(guān)試驗資料。引入葉片兒何參數的組合關(guān)系式,推導出了個(gè)有2個(gè)葉片的離心風(fēng)機葉輪葉片尾緣紊流邊界層聲發(fā)射計算公式。這些都是在無(wú)蝸殼假定下噪聲計算公式的推導。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)此模型計算出流場(chǎng),然后用非定常的伯努利方程計算出作用在葉片微元上所受的力,最后利用界80導出的任意運動(dòng)點(diǎn)源的聲場(chǎng)公式計算聲壓本文其他作者聞蘇平曹淑珍運用該模型進(jìn)行風(fēng)機噪聲的數值模擬可以得到很多有價(jià)值的數值計算結果,改變其中些參數,如葉片數,葉輪旋轉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,對離心風(fēng)機的降噪有指導意義,尤其是對分析離散噪聲的成因及其降噪方法有著(zhù)比較重要的作用。但是它只能模擬風(fēng)機的基頻噪聲,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,它主要取決于對應流場(chǎng)所對應的聲場(chǎng)解,所以渦流噪聲很多都還是試驗研究或者理論上的定性分析。從出0方程和離心風(fēng)機的具體邊界條件出發(fā)可以得出基本方程然后基于數量級分析的基礎上,做了些簡(jiǎn)化,并將整個(gè)流場(chǎng)分成主流區和邊界層區分別加以討論。最后結合試驗進(jìn)行了分析,證明了定性分析進(jìn)亍了建,2所不,利用不區域,或出丑1然廠(chǎng)利用傅葉。變換量綱分析以及市學(xué)相似定律導出了以下關(guān)系式則聲壓譜密度的達式為在得出關(guān)系式利⑴試驗研究可以分析聲以譜密度與各參數之間的相互關(guān)系?梢钥闯,利用該模型求解時(shí),需要借助試驗才能確定聲壓與各參數之間的體關(guān)系。因此小1能較好地從理論上直接解決離心風(fēng)機的噪聲問(wèn)。肇慶科眾風(fēng)機

2.4邊界單元法計算邊界單元法的計算例子較多,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)公式計算出蝸殼面的聲壓,或者可以通過(guò)風(fēng)機進(jìn)口或出口的聲壓計算進(jìn)出口福射的聲功率,然后得到總合成聲功率?梢钥闯,該計算方法可以計算蝸殼振動(dòng)引起的噪聲福射,也可以計算通過(guò)進(jìn)出口管道向外傳遞的噪聲。

但是在測量進(jìn)出口的聲壓時(shí),由于氣流的影響,使測量受到較大的干擾,因此測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。測量時(shí)需要測量大量點(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)比方法并計算出了3心風(fēng)機的尸共振頻率,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收繪蝸殼內規范化的壓分依。后宋黃其柏又在此基礎上提出了蝸殼基頻共振引起的噪聲增量數學(xué)模型,最后推導出了在共振頻率處遠場(chǎng)某點(diǎn)總噪聲聲級增坑為進(jìn)出氣口以起的噪聲增;利用此式可以對遠場(chǎng)某點(diǎn)總噪聲聲壓級增值進(jìn)行預測和優(yōu)化。國內些試驗己經(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)相似定律由國際標準化組織推薦的系列確定噪聲功率的標準,同樣也適用于風(fēng)機。試驗各種不同型式和尺寸的風(fēng)機需要大量試驗設備和時(shí)間,而且費用昂貴。因此將相似定律應用于風(fēng)機氣動(dòng)噪聲,能大大降低成本。從而1以根據1種尺寸風(fēng)機的試驗資料,對尺寸不同而因次相似的風(fēng)機系列進(jìn)行聲功率的1;七101對風(fēng)機噪聲作了因次分析,且得到了無(wú)因次參數關(guān)系式隨機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機中存在著(zhù)某種。士源其相似關(guān)系為此。換;因次相似的風(fēng)機噪聲邾!譜,可上面兩個(gè)公式的任何個(gè),但是對于同系列而尺寸不同的風(fēng)機,常數,3和函數凡6或尸,6應分,對應相等。  酸霧凈化塔   塑料風(fēng)機

聲學(xué)相似定律的應用也是需要預先知道某因次相似風(fēng)機的試驗資料才能進(jìn)行聲輻射計算開(kāi)展聲學(xué)設計也不是單純從理論上直接解決離心風(fēng)機噪聲問(wèn)3試驗研究方法3.1進(jìn)出口管道試驗由于缺乏準確的理論數據,因此很多試驗還是基于理論上的定性分析進(jìn)行試驗,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)行噪聲測里,然后再對試驗結果進(jìn)丁頻譜分析以判斷噪聲源和傳播途徑。在試驗過(guò)程中通常都會(huì )先分別考慮軸向徑向進(jìn)口間隙蝸殼的擴張角和擴張長(cháng)度以及蝸舌與葉輪間隙蝸舌傾斜角蝸舌半徑和葉輪類(lèi)型葉片數目等參數,分別分析這些參數對離心風(fēng)機噪聲的影響,但是這樣進(jìn)行分析和試驗的工作量太大,而且忽略了各個(gè)參數之間的相互影響。

3.2離心風(fēng)機機殼的聲學(xué)優(yōu)化機殼的型線(xiàn)對于離心風(fēng)機氣動(dòng)噪聲而言是極其重要的,如何得到優(yōu)良的機殼型線(xiàn)是很多人都關(guān)注的問(wèn)在目前的大多數研究中,僅是通過(guò)修改機殼蝸舌區域來(lái)降低基頻強度。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)設計。

作為種試驗工具,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的隨機變動(dòng)產(chǎn)生組9個(gè)后代量,9個(gè)后代量最佳型線(xiàn)。但是該試驗程序只考慮到了蝸殼自身參數的影響,而忽略了葉輪的結構參數。

3.3高心風(fēng)機結構的優(yōu)化試驗方法大量的試驗是在保證其他參數不變的前提下,只改變某個(gè)參數進(jìn)行試驗得出其優(yōu)化結構參數,從而忽略了各個(gè)參數之間的相關(guān)性,因此利用優(yōu)化試驗方法正交回歸設計方法,最優(yōu)回歸設計方法等就很有必要。些文獻中己通過(guò)不同實(shí)例計算出了風(fēng)機聲壓級與系列參數之間的回歸函數關(guān)系式,并采用了優(yōu)化方法進(jìn)行了計算。其基本思想是在選擇離心風(fēng)機結構參數時(shí),考慮到各個(gè)矣數之間的+關(guān)刊,在丈際應利優(yōu)化回,方法,通過(guò)試驗得到系列數據進(jìn)行目標函數噪聲值的非線(xiàn)性回歸,得到個(gè)非線(xiàn)性方程后進(jìn)行優(yōu)化設計。例如可將聲壓級1針對8個(gè)參數進(jìn)行3次回歸設計得出其關(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)新的變量都對前面的變量進(jìn)行顯著(zhù)性檢驗,保留其中對5凡影響顯著(zhù)的變量,剔除對5影響不顯著(zhù)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1影響顯著(zhù)的變量。這種優(yōu)化手段用較少的試驗就可以得出比較滿(mǎn)意的結果,但是它不能夠得到各個(gè)噪聲源對接受者的貢獻。

3.4相干分析技術(shù)為了彌補述缺陷如汾析技術(shù)岜隨相覽機的發(fā)1傾開(kāi)展了,在嘩聲源的識別中。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源各內付接受者的影響,這1技求已玉內應吼閩內外文獻已利用相戶(hù)分析技術(shù)分析離心風(fēng)機哚聲的源特性及其產(chǎn)生機現,其基木理是基于將噪聲傳遞系統視為個(gè)多輸入中輸出的系統系統中備個(gè)輸入源之間互不相干,3.

眷慮蝸殼的離心風(fēng)機的噪聲模擬及計算是需要解決的問(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,推導出殼體內的格林函數,而后將此格林函數推廣到考慮進(jìn)出口軟邊界的情況,然后利用該函數對離心風(fēng)機內部由旋轉葉輪產(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。在計算出離心風(fēng)機內部的維非穩定流場(chǎng)之后,利用該模型和理論解方程就可求出與流場(chǎng)相對應的氣動(dòng)聲場(chǎng),這樣就可以彌補蝴其他計算模擬方法的不足,我所正在進(jìn)行這方面的理論和計算工作,同時(shí)也為同行們進(jìn)行離心風(fēng)機氣動(dòng)噪聲計算提供參考。目前,已經(jīng)得到了忽略進(jìn)出口軟邊界的蝸殼體內的格林函數3.5計算機指導試驗由于試驗設備繁重,工作量大,處理數據繁瑣,因此利用電腦監控試驗和試驗數據的采集和處理是必不可少的,現在可以用微機進(jìn)行數字化動(dòng)靜態(tài)測試分析。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具有國際先進(jìn)水平的大容量數據采集與信號處理軟件系統,其功能強大,用途廣泛,可于進(jìn)1振動(dòng)。沖擊。噪聲。信號和,息處理。計算機輔助測式。校態(tài)分析,結構動(dòng)力學(xué)修改。故障診斷與,基檢測環(huán)境振動(dòng)與噪聲測試等諸多分析測試工作。只是到目前為止,虛擬儀器在風(fēng)機行業(yè)中應用還很少,如果能廣泛應用,將會(huì )使離心風(fēng)機的試驗測式。數據采集與分析進(jìn)入外全新的階段,4討論1對于離心風(fēng)機氣動(dòng)噪聲而言,數值模擬及其計算方法還不成熟,不能得出計算離心風(fēng)機氣動(dòng)噪聲的理論公式,有的即使得到了聲壓與各參數之間聯(lián)系,還需要借助試驗來(lái)確定具體關(guān)系式,顯然這些方法只限于對己有風(fēng)機進(jìn)行計算,而不能在對新風(fēng)機進(jìn)行氣動(dòng)設計的同時(shí)進(jìn)行聲學(xué)設計。因此根據此格林函數求得了蝸殼內部聲場(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,因此還有必要對此進(jìn)行深入研,以得到有進(jìn)出口軟邊界時(shí)蝸殼內部的格林函數并進(jìn)行時(shí)域求解。風(fēng)機廠(chǎng)家

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


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