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以 OB-84 型單級動葉可調(diào)軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠為研究對象，在大渦模擬基礎(chǔ)上， 引入 FW-H 聲學(xué)模型， 模擬得到了安裝角異常時(shí)石家莊風(fēng)機(jī)廠聲源強(qiáng)度分布和不同區(qū)域的氣動噪聲時(shí)頻特性，并與正常工況進(jìn)行了比較。
研究表明： 該石家莊風(fēng)機(jī)廠的主要噪聲源集中在吸力面葉片的前緣及葉頂附近時(shí)， 高強(qiáng)度噪聲源范圍擴(kuò)大， 聲功率級和聲壓級均有不同程度提高， 致使在異常葉片周邊流道內(nèi)形成高噪聲帶； 聲壓脈動區(qū)間和聲壓幅值受動葉偏離度影響較大， 且越靠近聲源的區(qū)域受影響程度愈顯著； 動葉安裝角異常增強(qiáng)了動葉區(qū)寬頻噪聲特性， 分散了其他區(qū)域在低頻段的離散峰值， 使其向高頻段轉(zhuǎn)移，而位于中高頻段的寬頻噪聲明顯提高。；當(dāng)動葉安裝角異常軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠運(yùn)行過程中，因動葉安裝角調(diào)整異常導(dǎo)致動葉可調(diào)軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠出力不足或喘振現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，而這種現(xiàn)象往往伴隨石家莊市風(fēng)機(jī)廠噪聲的顯著提高，嚴(yán)重影響運(yùn)行維護(hù)人員的身心健康。
因此，深入研究動葉異常時(shí)軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠內(nèi)的氣動噪聲特性，對降低噪聲污染和保持其高效低噪運(yùn)行至關(guān)重要。CFD 技術(shù)作為研究軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠內(nèi)流特征和噪聲特性的一種重要手段，近年來得到廣泛應(yīng)用，并且其噪聲特性研究也備受重視。Crosini 和 Rispoli [1]模擬了彎掠和徑向非自由渦軸流風(fēng)扇的流場，指出前彎葉片可削弱二次流，并能控制失速區(qū)的發(fā)展。Liu 等 [2] 模擬得到了雙層轉(zhuǎn)子不同軸向間隙的頻譜特性， 確定了轉(zhuǎn)子間距的最佳范圍。 Fukano和Jang [3]在不同流量系數(shù)下對不同葉頂間隙的低壓軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠進(jìn)行對比試驗(yàn)，表明葉頂間隙泄漏渦相互干擾致使石家莊風(fēng)機(jī)廠噪聲增加。宋彥萍等分析了低速條件下大轉(zhuǎn)角壓氣機(jī)葉柵中采用帶切向孔葉片對葉柵性能的影響，發(fā)現(xiàn)切向孔布置在 80%軸向弦長以前時(shí)，可提高其做功能力并減小流動損失。Duquette 和Visse針對于小型軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠，研究了不同葉片數(shù)對石家莊風(fēng)機(jī)廠氣動特性的影響，得出隨葉片數(shù)增加石家莊風(fēng)機(jī)廠效率逐步提高。Nezym通過對帶附加導(dǎo)葉的軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)附加導(dǎo)葉的出氣角度和高度對其損失和噪聲具有很大影響。此外，一些學(xué)者 還專注于消聲、隔聲、吸聲和隔振等技術(shù)研究。
由于輪轂處動葉調(diào)節(jié)組件腐蝕損壞，葉片本身銹蝕卡澀等原因?qū)е聞尤~可調(diào)軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠葉片大角度偏離現(xiàn)象屢見不鮮。針對于此，葉學(xué)民和李春曦等對動葉安裝角發(fā)生不同程度偏離時(shí)的石家莊風(fēng)機(jī)廠內(nèi)流特征、性能曲線進(jìn)行了三維數(shù)值研究，并通過簡單半經(jīng)驗(yàn)噪聲預(yù)測模型模擬了該軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠氣動噪聲聲功率分布。其中噪聲特性的研究僅利用寬頻噪聲源模型分析了動葉偏移時(shí)聲功率的分布特征，而對于葉片異常時(shí)的噪聲源分布和噪聲類別及其時(shí)頻特性分析尚未開展。目前，基于 Lighthill 聲類比的 FW-H 模型廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的噪聲特性分析，并且其與試驗(yàn)研究結(jié)論一致，可信度高。陳安邦等 采用基于Lighthill 聲類比的 FW-H 模型，對貫流石家莊風(fēng)機(jī)廠的噪聲場進(jìn)行數(shù)值研究，發(fā)現(xiàn)該石家莊風(fēng)機(jī)廠的總體氣動性能及氣動噪聲場的預(yù)估結(jié)果均與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果吻合良好。
李業(yè)等在大渦模擬(large eddy simulation，LES)基礎(chǔ)上，應(yīng)用 FW-H 模型對比研究了三種轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)聲壓級分布規(guī)律、時(shí)域及頻域特性，其中對E2 石家莊風(fēng)機(jī)廠進(jìn)行了遠(yuǎn)場噪聲實(shí)驗(yàn)測試，E2 石家莊風(fēng)機(jī)廠噪聲聲壓級的預(yù)測值與試驗(yàn)值相差 4.23 dB， 考慮到環(huán)境及人為誤差等因素，認(rèn)為數(shù)值模擬預(yù)測的結(jié)果可信。劉厚林等運(yùn)用 CFD 技術(shù)及 Lighthill 聲類比理論研究離心泵3 個(gè)流量下由蝸殼及葉片表面偶極子聲源產(chǎn)生的水動力噪聲，采用直接邊界元法求解離心泵內(nèi)聲場，聲場計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合度高，驗(yàn)證了基于LES和Lighthill理論的流動噪聲數(shù)值模擬方法的可行性。
本文采用 LES 與基于 Lighthill 聲類比的 FW-H模型相結(jié)合的方法對軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠進(jìn)行數(shù)值模擬。該方法考慮了運(yùn)動物體邊界對聲源的影響及四極子源、偶極子源和單極子源疊加的相互作用，更具普遍適用性和可行性 [18] 。鑒于工程實(shí)際中，動葉可調(diào)軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠單葉片安裝角正向偏離現(xiàn)象較為常見，為此，借助數(shù)值模擬研究單動葉安裝角偏離程度(簡稱偏離度)Δ β = 0°~50° 時(shí)聲功率級的變化，分析該軸流石家莊風(fēng)機(jī)廠的氣動噪聲分布特性，探討主要噪聲源的強(qiáng)度特征，獲得安裝角異常時(shí)石家莊風(fēng)機(jī)廠氣動噪聲的時(shí)域和頻域分布規(guī)律。