基于蜗舌改型的空调用离心风机流动分析及降噪研究
发布时间：2021-09-09 10:44
本文采用计算流体动力学和声类比相结合的混合方法对空调用离心风机进行流场以及声场的计算,同时进行风机风量和噪声的实验测量,验证所采用的数值计算模型和计算方法的有效性.针对原型非常规蜗壳,提取蜗壳中间截面型线进行直蜗舌的蜗壳设计,在此基础上设计了三种倾斜蜗舌的蜗壳.根据数值计算结果,对最优倾斜蜗舌进行了实验验证。经实验测试,风机在各个工况点风量均有提升,在最大风量点风量提升6.0%,噪声降低1.4 dB（A）.数值分析风机内部流动特征及噪声特性,发现在蜗舌附近流动区域内湍流强度和涡量明显减小,在叶片通过频率处声功率谱密度以及噪声峰值明显下降,这也表明风机的旋转噪声得到了有效控制。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１风机部件示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ?ｆａｎ??
１４８??工程热物理学报??４１卷??１００??１００?２００?３００?４００?５００?６００??Ｇｒｉｄ?ｎｕｍｂｅｒ／１０４??图２网格无关性验证??Ｆｉｇ．?２?Ｇｒｉｄ?ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ?ｔｅｓｔ??非定常计算是以定常计算的结果为初始解，叶??轮区为旋转区域改用Ｍｅｓｈ?Ｍ〇ｔｉ〇１丨模型，时间项选??用二阶隐式格式，时间步长可确定为：??６０??Ａｔ??ＫｎＺ??⑴??式中：Ｋ为每一个时间步内的最大迭代步数，取??Ｋ＝３０；?ｎ为叶轮转速，ｎ＝１５００?ｒ／ｍｉｎ；?Ｚ为叶轮??（ａ）蜗壳?（ｂ）叶轮??（ａ）?Ｖｏｌｕｔｅ?（ｂ）?Ｉｍｐｅｌｌｅｒ??图１风机部件示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ?ｆａｎ??１．２流场计算??采用Ｆｌｕｅｎｔ求解器对其内部流场进行数值计??算，控制方程为Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，湍流计算采用??适合风机数值模拟的Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅ?Ａ：－ｅ模型近壁??面处理采用标准壁面函数，压力速度耦合采用ＳＩＭ？??ＰＬＥ?算法，压力离散格式采用?ＰＲＥＳＴＯ！?格式，?动??量方程、湍动能方程以及湍流耗散率方程的离散均??采用二阶迎风格式，计算收敛残差设置为ＨＴ４。叶??轮区设置为旋转区域，采用Ｆｒａｍｅ?Ｍｏｔｉｏｎ模型，设??定旋转区域转速为１５００?ｒ／ｍｉｎ。进口采用压力进口??边界，总压为１０１３２５?Ｐａ，出口静压根据工况点进行??设定。??８００??７００??４．０４ｘ１０°??要改进措施有不等距叶片Ｗ、倾斜叶片［２１、仿生前??尾缘叶片１气Ｓ形叶片尾缘设计Ｗ等。对于离心风??
风机叶高方向速度云图??Ｆｉｇ．?４?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｃｏｎｔｏｕｒｓ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｐａｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｒｉｇｉｎａｌ?ｆａｎ??采用和原型同样的网格划分方式和数值计算方法，??计算结果如表｜所示。可以看出：原型倾斜蜗舌设??计并非最优设计，在提取蜗壳中间截面的基础上，当??蜗舌半径为１１?ｍｍ时噪声降低了?０．８?ｄＢ．由于直蜗??舌蜗壳的蜗壳前后盘未进行圆角处理，蜗壳流域相??比原型增大，因而风机风量也提升１２?ｍ３／ｈ，提升幅??度约３．９％。??图５原型蜗舌型线的拟合??Ｆｉｇ．?５?Ｐｒｏｆｉｌｅ?ｆｉｔｔｉｎｇ?ｏｆ?ｏｒｉｇｉｎａｌ?ｖｏｌｕｔｅ?ｔｏｎｇｕｅ??表ｉ原型风机与直蜗壳风机数值计算结果??Ｔａｂｌｅ?１?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｏｒｉｇｉｎａｌ?ｆａｎ?ａｎｄ??ｓｔｒａｉｇｈｔ?ｖｏｌｕｔｅ?ｔｏｎｇｕｅ?ｆａｎ??性能参数??原型风机??直蜗壳风机??风量／?ｍ３＊ｈ－１??３０７??３１９??噪声／ｄＢ??５２．６??５１．８??３．３倾斜蜗舌设计??合理的倾斜蜗舌设计，可有效降低风机的旋转??噪声。在３．２计算中，直蜗舌风机噪声性能优于??原型蜗茬风机。进而在直蜗舌／？＝１１?ｍｍ的基础??上，设计倾斜蜗舌结构，其中蜗壳前盘侧蜗舌半径??为私，蜗壳后盘侧蜗舌半径为馬，示意图如图６??所示。??根据空调现有尺寸，在限定的空间内，设计三??种倾斜蜗舌，前盘侧蜗舌半径也、后盘侧蜗舌半径??以及相应的蜗舌倾角０参数见表２，并通过数值??模拟分别计算三种倾斜蜗舌风机的风量和噪声。??Ｆｉｇ．?６?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｉｎｃｌｉｎｅｄ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速列车受电弓气动噪声特性研究[J]. 刘加利,于梦阁,田爱琴,杜健,张继业. 机械工程学报. 2018(04)
[2]倾斜叶片对多翼离心风机性能影响的研究[J]. 焦硕博,李晓芳,谢军龙,王嘉冰. 工程热物理学报. 2016(11)
[3]单圆弧等厚叶片前后缘多元耦合仿生设计及降噪机理研究[J]. 刘小民,赵嘉,李典. 西安交通大学学报. 2015(03)
[4]仿鸮翼前缘蜗舌对多翼离心风机气动性能和噪声的影响[J]. 刘小民,李烁. 西安交通大学学报. 2015(01)
[5]使用多孔蜗舌的贯流风机[J]. 赖焕新,王孟,云楚烨,姚进. 工程热物理学报. 2011(09)
[6]数值模拟不等距叶片对贯流风机的影响[J]. 刘敏,王嘉冰,吴克启. 工程热物理学报. 2007(02)
[7]阶梯蜗舌蜗壳的降噪分析和实验[J]. 李栋,顾建明. 流体机械. 2004(02)
硕士论文
[1]基于大涡模拟的锯齿尾缘翼型流动分析及气动噪声预测[D]. 黄乾.清华大学 2015
[2]轴流风机动叶偏移时的特征参数分析[D]. 林卿.华北电力大学 2015
本文编号：3391950
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１风机部件示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ?ｆａｎ??
１４８??工程热物理学报??４１卷??１００??１００?２００?３００?４００?５００?６００??Ｇｒｉｄ?ｎｕｍｂｅｒ／１０４??图２网格无关性验证??Ｆｉｇ．?２?Ｇｒｉｄ?ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ?ｔｅｓｔ??非定常计算是以定常计算的结果为初始解，叶??轮区为旋转区域改用Ｍｅｓｈ?Ｍ〇ｔｉ〇１丨模型，时间项选??用二阶隐式格式，时间步长可确定为：??６０??Ａｔ??ＫｎＺ??⑴??式中：Ｋ为每一个时间步内的最大迭代步数，取??Ｋ＝３０；?ｎ为叶轮转速，ｎ＝１５００?ｒ／ｍｉｎ；?Ｚ为叶轮??（ａ）蜗壳?（ｂ）叶轮??（ａ）?Ｖｏｌｕｔｅ?（ｂ）?Ｉｍｐｅｌｌｅｒ??图１风机部件示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ?ｆａｎ??１．２流场计算??采用Ｆｌｕｅｎｔ求解器对其内部流场进行数值计??算，控制方程为Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，湍流计算采用??适合风机数值模拟的Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅ?Ａ：－ｅ模型近壁??面处理采用标准壁面函数，压力速度耦合采用ＳＩＭ？??ＰＬＥ?算法，压力离散格式采用?ＰＲＥＳＴＯ！?格式，?动??量方程、湍动能方程以及湍流耗散率方程的离散均??采用二阶迎风格式，计算收敛残差设置为ＨＴ４。叶??轮区设置为旋转区域，采用Ｆｒａｍｅ?Ｍｏｔｉｏｎ模型，设??定旋转区域转速为１５００?ｒ／ｍｉｎ。进口采用压力进口??边界，总压为１０１３２５?Ｐａ，出口静压根据工况点进行??设定。??８００??７００??４．０４ｘ１０°??要改进措施有不等距叶片Ｗ、倾斜叶片［２１、仿生前??尾缘叶片１气Ｓ形叶片尾缘设计Ｗ等。对于离心风??
风机叶高方向速度云图??Ｆｉｇ．?４?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｃｏｎｔｏｕｒｓ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｐａｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｒｉｇｉｎａｌ?ｆａｎ??采用和原型同样的网格划分方式和数值计算方法，??计算结果如表｜所示。可以看出：原型倾斜蜗舌设??计并非最优设计，在提取蜗壳中间截面的基础上，当??蜗舌半径为１１?ｍｍ时噪声降低了?０．８?ｄＢ．由于直蜗??舌蜗壳的蜗壳前后盘未进行圆角处理，蜗壳流域相??比原型增大，因而风机风量也提升１２?ｍ３／ｈ，提升幅??度约３．９％。??图５原型蜗舌型线的拟合??Ｆｉｇ．?５?Ｐｒｏｆｉｌｅ?ｆｉｔｔｉｎｇ?ｏｆ?ｏｒｉｇｉｎａｌ?ｖｏｌｕｔｅ?ｔｏｎｇｕｅ??表ｉ原型风机与直蜗壳风机数值计算结果??Ｔａｂｌｅ?１?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｏｒｉｇｉｎａｌ?ｆａｎ?ａｎｄ??ｓｔｒａｉｇｈｔ?ｖｏｌｕｔｅ?ｔｏｎｇｕｅ?ｆａｎ??性能参数??原型风机??直蜗壳风机??风量／?ｍ３＊ｈ－１??３０７??３１９??噪声／ｄＢ??５２．６??５１．８??３．３倾斜蜗舌设计??合理的倾斜蜗舌设计，可有效降低风机的旋转??噪声。在３．２计算中，直蜗舌风机噪声性能优于??原型蜗茬风机。进而在直蜗舌／？＝１１?ｍｍ的基础??上，设计倾斜蜗舌结构，其中蜗壳前盘侧蜗舌半径??为私，蜗壳后盘侧蜗舌半径为馬，示意图如图６??所示。??根据空调现有尺寸，在限定的空间内，设计三??种倾斜蜗舌，前盘侧蜗舌半径也、后盘侧蜗舌半径??以及相应的蜗舌倾角０参数见表２，并通过数值??模拟分别计算三种倾斜蜗舌风机的风量和噪声。??Ｆｉｇ．?６?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｉｎｃｌｉｎｅｄ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速列车受电弓气动噪声特性研究[J]. 刘加利,于梦阁,田爱琴,杜健,张继业. 机械工程学报. 2018(04)
[2]倾斜叶片对多翼离心风机性能影响的研究[J]. 焦硕博,李晓芳,谢军龙,王嘉冰. 工程热物理学报. 2016(11)
[3]单圆弧等厚叶片前后缘多元耦合仿生设计及降噪机理研究[J]. 刘小民,赵嘉,李典. 西安交通大学学报. 2015(03)
[4]仿鸮翼前缘蜗舌对多翼离心风机气动性能和噪声的影响[J]. 刘小民,李烁. 西安交通大学学报. 2015(01)
[5]使用多孔蜗舌的贯流风机[J]. 赖焕新,王孟,云楚烨,姚进. 工程热物理学报. 2011(09)
[6]数值模拟不等距叶片对贯流风机的影响[J]. 刘敏,王嘉冰,吴克启. 工程热物理学报. 2007(02)
[7]阶梯蜗舌蜗壳的降噪分析和实验[J]. 李栋,顾建明. 流体机械. 2004(02)
硕士论文
[1]基于大涡模拟的锯齿尾缘翼型流动分析及气动噪声预测[D]. 黄乾.清华大学 2015
[2]轴流风机动叶偏移时的特征参数分析[D]. 林卿.华北电力大学 2015
本文编号：3391950
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