前文數(shù)值研究表明,新型無葉風(fēng)扇和兩級風(fēng)機(jī)方案可以達(dá)到明顯增效、降噪的效果,對第2章設(shè)計的小間隙無葉風(fēng)扇和第3章設(shè)計的兩級風(fēng)機(jī)進(jìn)行實體造型,并對實體樣機(jī)進(jìn)行實驗研究,通過與傳統(tǒng)無葉風(fēng)扇性能和噪聲進(jìn)行對比,驗證設(shè)計方案的可行性;通過與前文數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比,驗證研究思路的可行性。

4.1底座與風(fēng)機(jī)間距對風(fēng)機(jī)進(jìn)口噪聲的影響

    入口氣流均勻進(jìn)風(fēng)對風(fēng)機(jī)降噪來說是很重要的。與傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)進(jìn)口安裝方式不同,無葉風(fēng)扇用微型風(fēng)機(jī)下方為固定基座底部(底座),底座內(nèi)裝有電路控制模塊,用以控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。底座與風(fēng)機(jī)進(jìn)口之間形成一個腔室,空氣通過基座四周的進(jìn)風(fēng)孔由外界進(jìn)入腔室,隨后進(jìn)入風(fēng)機(jī)。為了保證結(jié)構(gòu)緊湊,風(fēng)機(jī)進(jìn)口和底座安裝間距較小,這將影響風(fēng)機(jī)的進(jìn)流狀態(tài),從而影響風(fēng)機(jī)進(jìn)口聲壓級。以模型風(fēng)機(jī)為例,圖4.1為風(fēng)機(jī)和基座安裝示意圖。

測定風(fēng)機(jī)入口和底座不同距離下風(fēng)機(jī)進(jìn)口的噪聲情況,從而找到一個合適的間距,保證風(fēng)機(jī)進(jìn)口噪聲值不受底座影響。在風(fēng)機(jī)進(jìn)口前方放一玻璃擋板,用以代替底座,圖4.2為擋板和風(fēng)機(jī)位置示意圖,改變擋板與風(fēng)機(jī)入口的距離,表4.1為無擋板情況下不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)口聲壓級,石家莊風(fēng)機(jī)圖4.3為風(fēng)機(jī)距離底座不同間距h下風(fēng)機(jī)進(jìn)口處噪聲級情況。對比表4.1與圖4.3可看出,由于擋板的存在,風(fēng)機(jī)進(jìn)口聲壓級升高。
 

另外由圖4.3還可以發(fā)現(xiàn),隨著間距的增加,風(fēng)機(jī)進(jìn)口噪聲級逐漸降低,但降低速率不同,距離小20min時,噪聲級隨著距離的增大,噪聲級迅速減小,當(dāng)距離大于20mm,噪聲級降幅緩慢。

4.2新風(fēng)機(jī)性能與聲壓級的實驗驗證

本節(jié)實驗主要是對比內(nèi)置不同風(fēng)機(jī)時無葉風(fēng)扇的性能和噪聲水平,風(fēng)扇選用傳統(tǒng)無葉風(fēng)扇,風(fēng)機(jī)分別取模型風(fēng)機(jī)和新設(shè)計的兩級風(fēng)機(jī)。圖4.4為兩級風(fēng)機(jī)實體截面圖,每級葉輪有獨立的電機(jī)驅(qū)動,正常運轉(zhuǎn)時,兩個電機(jī)轉(zhuǎn)速相同。

用膠帶將兩風(fēng)機(jī)分別和傳統(tǒng)無葉風(fēng)扇連接,如圖4.4和4.5,因為沒有加用相應(yīng)的外殼,因此噪音會比最終成型后的產(chǎn)品略差.風(fēng)機(jī)流量的調(diào)節(jié)通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速實現(xiàn),轉(zhuǎn)速以500r/min為單位進(jìn)行改變,在風(fēng)扇前Im處用手持風(fēng)速計測量最大風(fēng)速,最大風(fēng)速基本在無葉風(fēng)扇軸線上,用聲壓計測量此處噪音,環(huán)境噪音約為40分貝左右。

表4.2為兩種風(fēng)機(jī)下無葉風(fēng)扇1 m前最大風(fēng)速和噪音對比情況,由表可以看出兩種風(fēng)機(jī)下無葉風(fēng)扇性能接近,但連接兩級風(fēng)機(jī)時傳統(tǒng)無葉風(fēng)扇噪音下降了 5dB,降噪效果明顯。
 

4.3小間隙無葉風(fēng)扇性能與聲壓級的實驗研究

將設(shè)計的新型無葉風(fēng)扇和兩級風(fēng)機(jī)采用膠帶連接的臨時方式連接,且沒有加用相單片機(jī)解密應(yīng)的外殼,此處的風(fēng)速和噪音會比實際整機(jī)模型略差。圖4.6為新型無葉風(fēng)扇和兩級風(fēng)機(jī)的組裝圖,風(fēng)機(jī)各葉輪轉(zhuǎn)速相同,由控制電板控制。
圖4.7為不同風(fēng)機(jī)進(jìn)口流量下無葉風(fēng)扇1 m前最大風(fēng)速模擬計算值與實驗

值對比,由于數(shù)值模擬時沒有考慮到風(fēng)機(jī)進(jìn)口處基座的阻力,所以最大風(fēng)速計算值比實驗值略高,由圖可以看出在額定流量下,無葉風(fēng)扇1米前最大風(fēng)速計算值比模擬值大4.8%,偏差較小,證明釆用無葉風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)分開建模、獨立計算的方法可行。

圖4.8為不同轉(zhuǎn)速下風(fēng)機(jī)前1 m處噪音變化情況,由圖可以看出當(dāng)風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉出口連接無葉風(fēng)扇時比風(fēng)機(jī)裸機(jī)噪聲有所降低,這主要是因為風(fēng)機(jī)出口噪聲在無葉風(fēng)扇內(nèi)部消耗,無葉風(fēng)扇起到了隔聲作用。
圖4.9為不同轉(zhuǎn)速下無葉風(fēng)扇后部風(fēng)速和前1 m處風(fēng)速變化圖,對比兩處風(fēng)速,可以看出無葉風(fēng)扇有明顯的速度放大作用.由圖還可以看出轉(zhuǎn)速增大,無葉風(fēng)扇前Im處最大風(fēng)速呈直線上升,這說明了無葉風(fēng)扇Im前最大風(fēng)速與風(fēng)機(jī)進(jìn)口流量線性相關(guān),而無葉風(fēng)扇后部風(fēng)速增加幅度較小,無葉風(fēng)扇對周邊空氣的帶動作用更加明顯。

表4.3為新型無葉風(fēng)扇性能測試結(jié)果,由表可以看出內(nèi)置兩級風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為4500 r/min時新型無葉風(fēng)扇1 m前最大風(fēng)速為4.1 m/s,遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)無葉風(fēng)扇的2.8m/s,并且噪音僅為54dB,比傳統(tǒng)內(nèi)置高速風(fēng)機(jī)的無葉風(fēng)扇噪音降低5dB,增效、降噪效果明顯,也驗證了本文設(shè)計方案的可行性,另外對比表4.2可知同樣連接兩級風(fēng)機(jī),小間隙無葉風(fēng)扇和傳統(tǒng)無葉風(fēng)扇隔聲效果相同說明無葉風(fēng)扇隔聲效果與內(nèi)表面形式無關(guān)。

小結(jié)

本章對設(shè)計的小間隙無葉風(fēng)扇和兩級風(fēng)機(jī)樣機(jī)進(jìn)行實驗研究,并與前文模擬計算結(jié)果進(jìn)行對比,證明了釆用無葉風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)分開建模、獨立計算方法的可行性,同時得到以下結(jié)論:

(1)隨著風(fēng)機(jī)與底座間距的增加,風(fēng)機(jī)進(jìn)口噪聲級逐漸降低,但降低速率不同,距離小20mm時,噪聲級隨著距離的增大,噪聲級迅速減小,當(dāng)距離大于20 mm,噪聲級降幅緩慢;

(2)隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大,無葉風(fēng)扇前Im處最大風(fēng)速呈直線上升,而無葉風(fēng)扇后部風(fēng)速增加幅度較小,說明無葉風(fēng)扇對周邊空氣的帶動作用更加明顯;

(3)釆用兩級低速風(fēng)機(jī)代替單級高速風(fēng)機(jī)在保證性能的同時,可以降低風(fēng)機(jī)噪聲;采用帶有收縮內(nèi)表面的無葉風(fēng)扇性能較傳統(tǒng)風(fēng)扇性能有明顯提升,達(dá)到設(shè)計目的。