对旋风机气动噪声特性和预测方法研究

发布时间：2019-11-21 04:58

【摘要】：风机噪声问题是困扰风机研究人员和使用单位的重要问题之一。本文以一台对旋式轴流风机为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)中的大涡模拟(LES)方法和快速傅立叶变换(FFT)技术对风机全流场内三维非定常流动进行了数值分析,研究了引起风机噪声产生和增强的主要影响因素,提出了预测对旋风机气动噪声的新方法。主要内容包括以下几个方面：首先,对对旋风机全流场进行定常流动的计算,将定常计算结果作为初场进行非定常流动的计算,在非定常流场计算稳定的基础上,再引入大涡模拟模型完成非定常流场的计算。其次,在对旋风机两级叶轮区域设置若干监测面,对对旋风机两级叶轮区域流场的压力和涡量分布情况进行了分析,研究了对旋风机两级叶轮区域流场压力和涡量分布特性；并在监测面的轮毂、流道和机壳位置分别设置监测点,利用FW-H噪声模型对对旋风机的气动噪声分布特性进行数值预测。预测结果表明：宽频噪声主要出现在两级叶轮出入口监测面和叶顶间隙中,离散噪声主要分布在两级叶轮通过频率及其谐频上。然后,通过FFT技术对各监测点随时间变化的压力数据进行处理,得到监测点压力脉动频域特性,分析了监测点处压力脉动的频率、强度及形成原因。利用FW-H声学模型结合FFT技术；分析了各监测点静压脉动和气动噪声之间的关联,探讨了基于CFD计算和FFT技术进行对旋风机气动噪声源识别和气动噪声分布特性分析的可行性。本文的研究表明：湍流问题本身及涡声作用机理的双重复杂性是对旋风机气动噪声预测困难的主要原因；对旋风机气动噪声特性与流场内部压力脉动特性密切相关,离散噪声的频率和强度与压力离散脉动特性相一致,根据压力脉动频谱可以获得气动离散噪声的特性；宽频噪声特性主要与涡量分布及其强度有关,可以根据涡量分布对宽频噪声源进行识别；采用高精度的CFD非定常计算数据结合FFT技术对流场内部的压力脉动特性进行分析,可以很好的预测对旋风机气动噪声的类型、强度和关键区域。气动噪声的数值预测结果对低噪声风机的研制和风机的噪声控制具有重要的指导意义。
【图文】：

分布图,气动噪声,声功率

SIMPLE算法，计算稳定以后以此得到的流场数据做为大涡模拟(LES)的初场，小尺度涡的模拟采用Smagorinsky一Lilly亚格子模型。在LES模拟的基础上对风机进行气动噪声研究，首先来看风机流场的声功率分布图(图4.1)。 657570印 452040255555035301510图4.1气动噪声声功率分布Fig.4.1DistributionofaerodynalnienoisePower从风机全流场气动噪声功率图中可以看出，风机叶轮区域的声功率较大，其中最大位置为两级叶轮叶片的叶顶位置，因此，，我们把风机两级叶轮区域作为风机流场和噪声研究的重点区域进行研究。在每级叶轮内部流场中分别布置3个监测面，前级叶轮内部监测面分布情况如图4.2所示，后级叶轮监测面分布情况与前级相同。以流体流动方向为z轴正方向，在前后级叶轮中分别垂直于z轴取3个监测面，所取前级叶轮的各监测面沿:轴的位置坐标分别为:前监测面q1(一0.067)，中监测面 q2(0.0204)

云图,面压,前级,叶轮

气流流过叶型时会受到叶型表面边界层的影响，流过风机壳壁和叶片表面的气体会与壳壁和叶片表面间产生边界层脱离，动叶轮的转动运动也使叶轮内部气流流动更加紊乱。取数值计算结束后流场的计算结果导出各监测面压力数据，其中图4.4为前级叶轮3个监测面的压强分布云图，图4.5为后级叶轮3个监测面的压强分布云图。12001000 nU000 604080200一200(a)监测面ql(b)监测面qZ(e)监测面q3 (a)Monitoringfaeeql(b)MonitoringfaeeqZ(e)Monitoringfaeeq3图4.4前级叶轮监测面压强分布云图 Fig.4.4ContoursofPressureofthemonitoringfaeesinthefirstimPe1ler从图4.4中前级叶轮监测面压强分布云图上可以看出，监测面上的压强分布并不均匀，分为高压区和低压区两个区域，高压区主要集中在叶片的压力面侧，而低压区则主要集中在叶片的吸力面侧。在各监测面上压强变化的主要趋势为:在单个流道中，压强
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH432

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