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失速團(tuán)沿周向傳播過(guò)程的噪聲特性
假定第 250 個(gè)旋轉(zhuǎn)周期的計(jì)算結(jié)果位于第 0 時(shí)刻，以 1/12 個(gè)旋轉(zhuǎn)周期為一個(gè)時(shí)刻單位，采集計(jì)算結(jié)果。圖 10 和圖 11 分別為閥門開(kāi)度 k 1 =0.89 、完全失速狀態(tài)下 Z =38.5 截面第 14~17 時(shí)刻的相對(duì)速度矢量圖和聲功率級(jí)分布云圖，每個(gè)時(shí)刻時(shí)間差為1/12 個(gè)旋轉(zhuǎn)周期。 由圖 10(a) 可知， 失速團(tuán)占據(jù)了葉輪的 3 個(gè)流道，失速團(tuán)尾部位于蝸舌附近，對(duì)應(yīng)的聲功率級(jí)分布云圖 11(a) 顯示高噪?yún)^(qū)主要位于阻塞較嚴(yán)重的 3 個(gè)流道，同時(shí)失速團(tuán)對(duì)應(yīng)的旋渦噪聲與蝸舌噪聲疊加，形成了一個(gè) 80~105 dB 的高噪帶。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，失速團(tuán)尾部逐漸遠(yuǎn)離蝸舌，失速團(tuán)和蝸舌疊加作用產(chǎn)生的高噪帶也隨之移動(dòng)并逐漸被拉長(zhǎng)和消弱，連接部分的聲功率級(jí)降低至80~85 dB 。 在第 17 時(shí)刻， 失速團(tuán)附近的旋渦噪聲與蝸舌噪聲各自對(duì)應(yīng)的高噪?yún)^(qū)基本分離，兩者之間的聲功率級(jí)降低至 80 dB 以下。蝸殼和葉輪區(qū)域在第14 時(shí)刻聲功率級(jí)平均值分別為 45.15 和 54.87 dB ，而在第 17 時(shí)刻分別為 45.11 和 53.89 dB ，因此可預(yù)測(cè)第 17 時(shí)刻石家莊風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲小于第 14 時(shí)刻的噪聲值。由圖 11 可知，葉輪沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了 3 個(gè)葉輪流道，而高噪?yún)^(qū)沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)通過(guò)了兩個(gè)葉輪流道。說(shuō)明從絕對(duì)坐標(biāo)參考系看，旋轉(zhuǎn)失速狀態(tài)下，葉輪內(nèi)約占據(jù) 3 個(gè)流道的高噪?yún)^(qū)沿與葉輪相同的方向傳播，而從相對(duì)坐標(biāo)參考系看，高噪?yún)^(qū)沿與葉輪相反的方向進(jìn)行傳播。
另外，從圖中還可看出，輪轂附近的兩個(gè)低噪聲區(qū)域也保持與高噪?yún)^(qū)相同的速度沿周向傳播。由圖 10 可知，高噪?yún)^(qū)沿周向的傳播速度與失速團(tuán)傳播速度相等。在石家莊風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，失速團(tuán)沿順時(shí)針每旋轉(zhuǎn)一圈需要經(jīng)過(guò)1.6 個(gè)葉輪轉(zhuǎn)子周期，因此高噪?yún)^(qū)沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間也為 1.6 個(gè)葉輪轉(zhuǎn)子周期。圖 12 為完全失速狀態(tài)下風(fēng)機(jī)聲功率級(jí)平均值隨時(shí)間的變化曲線， 數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為 1/12 個(gè)旋轉(zhuǎn)周期。由圖可知，聲功率級(jí)平均值變化曲線類似于正弦曲線，波動(dòng)周期約為通過(guò) 19 個(gè)葉輪流道所需要的時(shí)間，與高噪?yún)^(qū)旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間相同，說(shuō)明失速團(tuán)及對(duì)應(yīng)高噪?yún)^(qū)沿周向的傳播對(duì)旋轉(zhuǎn)失速狀態(tài)下石家莊風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲具有重要影響。需要說(shuō)明的是，旋轉(zhuǎn)失速狀態(tài)下，只有葉輪內(nèi)失速團(tuán)對(duì)應(yīng)的高噪?yún)^(qū)沿周向傳播，且沿周向不同位置高噪?yún)^(qū)大小和聲功率級(jí)強(qiáng)度不同， 而其他位置 ( 如蝸殼、 失速團(tuán)沒(méi)有占據(jù)的葉輪通道 ) 聲功率級(jí)變化不大。
為了說(shuō)明失速團(tuán)沿周向傳播過(guò)程中對(duì)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的影響規(guī)律，以聲功率級(jí)平均值來(lái)定性的表示這種規(guī)律，但聲功率級(jí)的變化幅值不具備任何實(shí)際意義。以第一個(gè)波動(dòng)周期為例，第 8 時(shí)刻聲功率級(jí)平均值最高，對(duì)應(yīng)的聲功率級(jí)分布如圖 13 所示。前面分析可知，失速狀態(tài)下風(fēng)機(jī)內(nèi)部主要包含兩個(gè)高噪帶，一個(gè)是失速團(tuán)引起的旋渦噪聲對(duì)應(yīng)的高噪帶， 另外一個(gè)是蝸舌區(qū)域?qū)?yīng)的高噪?yún)^(qū)， 由圖可知，此時(shí)失速團(tuán)沿周向旋轉(zhuǎn)到蝸舌區(qū)域，兩個(gè)高噪帶合并疊加成一個(gè)分布面積最大、聲功率級(jí)最高的區(qū)域。因此，雖然失速狀態(tài)下氣動(dòng)噪聲以旋渦噪聲為主，但蝸舌對(duì)于失速狀態(tài)下的噪聲特性也具有重要的作用。
結(jié)論1 ）設(shè)計(jì)工況下，風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣動(dòng)噪聲源以蝸舌噪聲為主；旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生前，隨著流量的減小，各葉輪流道內(nèi)由于分離渦面積的增大，旋渦噪聲所占比重逐漸增加。2 ）詳細(xì)分析了失速先兆演化為失速團(tuán)過(guò)程中風(fēng)機(jī)內(nèi)部的氣動(dòng)噪聲特性。葉輪附近旋渦噪聲對(duì)應(yīng)的高噪?yún)^(qū)經(jīng)歷了沿徑向、周向和軸向的三維非定常演化過(guò)程，高噪?yún)^(qū)從兩個(gè)變?yōu)橐粋€(gè)。失速發(fā)生后，葉輪內(nèi)存在一個(gè)覆蓋約 3 個(gè)流道的高噪?yún)^(qū)，其他葉輪流道內(nèi)的噪聲較低，且分布均勻。3 ）研究了失速團(tuán)沿周向傳播過(guò)程中的風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣動(dòng)噪聲特性。失速發(fā)生后，旋渦噪聲占主要部分，且高噪?yún)^(qū)保持與失速團(tuán)相同的速度沿周向傳播。說(shuō)明了旋轉(zhuǎn)失速對(duì)小流量工況下風(fēng)機(jī)的噪聲特性具有重要影響。4 ）失速狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)聲功率級(jí)平均值隨時(shí)間發(fā)生變化， 類似于正弦曲線。 當(dāng)失速團(tuán)通過(guò)蝸舌時(shí)，由于旋渦噪聲與蝸舌噪聲的疊加，達(dá)到了瞬時(shí)聲功率級(jí)最大值。揭示了旋轉(zhuǎn)失速狀態(tài)下失速團(tuán)與蝸舌對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的影響機(jī)制。