电子器件轴流冷却风扇气动噪声周向模态试验
发布时间：2021-07-10 13:21
包含进口不规则形状的电子器件轴流冷却风扇的周向声模态尚不明确,需要对其噪声特性有更加深入的认识。对电子器件散热领域常用的一款变速轴流风扇的气动噪声特性开展试验研究。首先分析了风扇远场噪声频谱特征和指向性,进风一侧一阶叶片通过频率噪声幅值最大,出风一侧三阶叶片通过频率噪声幅值最大,显示进出风口具有不同的离散单音影响因素。风扇驱动电机电源线在静叶支撑上的排线方式对总声压级和噪声指向性有明显的影响。然后基于18和8两种均布测点的模态校正方法,准确识别了冷却风扇进出口前三阶叶片通过频率下的周向声模态分布,在计及风扇进口导流罩非轴对称形状的基础上,对传统的TYLER-SOFRIN动静干涉模态计算公式进行修正,并通过试验证实其有效性。
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(18)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
测试风扇结构表1风扇主要设计参数
不确定度为0.30dB。声压信号通过NIPXIe1085机箱和2块NIPXIe-4499采集卡(16通道同步采样输入，24位分辨率)采集。采样频率20kHz，采样点数20k，窗函数为Hanning窗。传声器的标定使用B&K4231，每次试验前进行标定。每次测量待风扇稳定工作后连续采集20s，通过RMS平均消除测量随机误差带来的影响。图2试验装置及指向性测点布置1.3周向模态分析测试方法周向模态的测量采用同步测量方式，在正对冷却风扇的垂直于旋转轴的环面上均匀布置多个传声器，如图3所示。传声器所处圆周直径为400mm，是风扇通流直径的3倍以上，可以避免风扇流场对声学麦克风测量的影响。周向模态的提取方法为对时域信号进行空间傅里叶变换，对于每个离散的频率f，声压p可以分解为不同周向声模态的叠加进行求解()exp(i)fmfmpAm(1)11()exp(i)NmffnnnApmN(2)式中，m为周向模态，θ代表周向角度，Amf为频率f处的模态振幅。若频谱信号中某个峰值对应的真实模态数mx满足|mx|>N/2，则测得的模态数会混叠至N/2范围内，由下式计算求解0,1,2,xmmN(3)图3周向模态测量装置及测点布置2冷却风扇远场噪声特性2.1远场噪声频谱风扇额定转速下进出口±45°的远场噪声窄带谱结果，如图4所示。图4中可见明显的叶片通过频率(BPF)、转子频率(RF)以及各阶倍频的单音噪声峰值。风扇进风口和出风口远场噪声频谱呈现不同特征，图4a和4b所示出风口以三阶BPF单音噪声为主导，而图4c和4d所示进风口以一阶BPF单音噪声
月2020年9月孙宗翰等：电子器件轴流冷却风扇气动噪声周向模态试验167图4冷却风扇不同测点噪声窄带谱总声压级、离散总声压级和宽频总声压级分别为75.6dB(A)、74.3dB(A)和69.6dB(A)，离散单音噪声是主要的气动噪声源。2.2噪声指向性特征风扇远场噪声总声压级指向性分布如图5a所示，P5处噪声明显大于P3，且与其他测点总声压级相差超过2dB(A)，指向性分布呈明显的不对称性。在风扇出风口的P1和P7也存在类似的不对称，但差距不明显。上文提到，冷却风扇有两个明显的设计特点：被外边框切割的不完整进风口和下游静叶支撑上携带的电源线。前者会引起不必要的进气畸变，但其属于对称结构；后者会与动叶片发生干涉形成额外的噪声[6]，造成该不对称性的原因很可能来自于此。改变下游静叶支撑上的电源线所处位置，将其从原型冷却风扇的静叶1位置调整到图5b所示的静叶2位置上。图5原型机总声压级极坐标图和两种电源排线排线2对应P3和P5的窄带谱如图6所示。与图4中P3和P5窄带谱对比发现，改变电源线位置后，P3的前两阶BPF噪声幅值增加而三阶BPF降低，P5的前三阶BPF幅值均减小，二阶和三阶BPF峰值不再突出。分别计算P3和P5的噪声总声压级，原型机P3和P5处总声压级分别是75.9dB(A)和78.7dB(A)，而排线2对应P3和P5处总声压级则变为78.6dB(A)和75.7dB(A)，电源线所处方向的噪声声压级更大。P1和P7也有类似变化但变化值较校因此，P3和P5的频谱特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于声模态的压气机/风扇气路故障诊断[J]. 程礼,杨武奎,梁涛,文璧,姚东野. 机械工程学报. 2019(13)
[2]转子叶栅非同步振荡发声特性研究[J]. 周迪,王晓宇,陈俊,洪志亮,孙晓峰. 航空学报. 2015(03)
[3]轴流风扇/压气机管道周向声模态的测量[J]. 王良锋,乔渭阳,纪良,余索远. 航空动力学报. 2014(04)
本文编号：3275990
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(18)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
测试风扇结构表1风扇主要设计参数
不确定度为0.30dB。声压信号通过NIPXIe1085机箱和2块NIPXIe-4499采集卡(16通道同步采样输入，24位分辨率)采集。采样频率20kHz，采样点数20k，窗函数为Hanning窗。传声器的标定使用B&K4231，每次试验前进行标定。每次测量待风扇稳定工作后连续采集20s，通过RMS平均消除测量随机误差带来的影响。图2试验装置及指向性测点布置1.3周向模态分析测试方法周向模态的测量采用同步测量方式，在正对冷却风扇的垂直于旋转轴的环面上均匀布置多个传声器，如图3所示。传声器所处圆周直径为400mm，是风扇通流直径的3倍以上，可以避免风扇流场对声学麦克风测量的影响。周向模态的提取方法为对时域信号进行空间傅里叶变换，对于每个离散的频率f，声压p可以分解为不同周向声模态的叠加进行求解()exp(i)fmfmpAm(1)11()exp(i)NmffnnnApmN(2)式中，m为周向模态，θ代表周向角度，Amf为频率f处的模态振幅。若频谱信号中某个峰值对应的真实模态数mx满足|mx|>N/2，则测得的模态数会混叠至N/2范围内，由下式计算求解0,1,2,xmmN(3)图3周向模态测量装置及测点布置2冷却风扇远场噪声特性2.1远场噪声频谱风扇额定转速下进出口±45°的远场噪声窄带谱结果，如图4所示。图4中可见明显的叶片通过频率(BPF)、转子频率(RF)以及各阶倍频的单音噪声峰值。风扇进风口和出风口远场噪声频谱呈现不同特征，图4a和4b所示出风口以三阶BPF单音噪声为主导，而图4c和4d所示进风口以一阶BPF单音噪声
月2020年9月孙宗翰等：电子器件轴流冷却风扇气动噪声周向模态试验167图4冷却风扇不同测点噪声窄带谱总声压级、离散总声压级和宽频总声压级分别为75.6dB(A)、74.3dB(A)和69.6dB(A)，离散单音噪声是主要的气动噪声源。2.2噪声指向性特征风扇远场噪声总声压级指向性分布如图5a所示，P5处噪声明显大于P3，且与其他测点总声压级相差超过2dB(A)，指向性分布呈明显的不对称性。在风扇出风口的P1和P7也存在类似的不对称，但差距不明显。上文提到，冷却风扇有两个明显的设计特点：被外边框切割的不完整进风口和下游静叶支撑上携带的电源线。前者会引起不必要的进气畸变，但其属于对称结构；后者会与动叶片发生干涉形成额外的噪声[6]，造成该不对称性的原因很可能来自于此。改变下游静叶支撑上的电源线所处位置，将其从原型冷却风扇的静叶1位置调整到图5b所示的静叶2位置上。图5原型机总声压级极坐标图和两种电源排线排线2对应P3和P5的窄带谱如图6所示。与图4中P3和P5窄带谱对比发现，改变电源线位置后，P3的前两阶BPF噪声幅值增加而三阶BPF降低，P5的前三阶BPF幅值均减小，二阶和三阶BPF峰值不再突出。分别计算P3和P5的噪声总声压级，原型机P3和P5处总声压级分别是75.9dB(A)和78.7dB(A)，而排线2对应P3和P5处总声压级则变为78.6dB(A)和75.7dB(A)，电源线所处方向的噪声声压级更大。P1和P7也有类似变化但变化值较校因此，P3和P5的频谱特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于声模态的压气机/风扇气路故障诊断[J]. 程礼,杨武奎,梁涛,文璧,姚东野. 机械工程学报. 2019(13)
[2]转子叶栅非同步振荡发声特性研究[J]. 周迪,王晓宇,陈俊,洪志亮,孙晓峰. 航空学报. 2015(03)
[3]轴流风扇/压气机管道周向声模态的测量[J]. 王良锋,乔渭阳,纪良,余索远. 航空动力学报. 2014(04)
本文编号：3275990
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