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2.2 氣動噪聲特征
2.2.1 聲源特征聲壓脈動時均值 (dpdt RMS ，簡稱 P rms ) 直觀反映聲源域，即葉輪靜態(tài)壓力對時間的變化率，能清晰顯示產(chǎn)生噪聲的部位和噪聲源強度分布。壓力面附近形成的葉尖渦和前緣分離渦在吸力面葉片表面相應(yīng)位置形成較大脈動壓力波 [3] ，成為主要噪聲源，即噪聲源主要集中在吸力面葉片前緣及葉頂附近，而壓力面則不明顯。為此，圖 5 給出了動葉吸力面聲壓脈動時均值的分布特征。正常工況下，噪聲源在動葉吸力面呈現(xiàn)相同的分布特征，葉片前緣及葉頂附近為壓力脈動劇烈區(qū)域，P rms 由此向葉片后緣方向遞減。當(dāng)葉片安裝角偏離后，異常葉片吸力面上的 P rms 升高，并隨 Δ β 增加，高強度聲源區(qū)以葉輪旋轉(zhuǎn)逆方向逐步向上游相鄰葉片擴展；當(dāng)Δ β = 40 ° 時，P rms 進一步增強，同時影響范圍擴大至葉輪旋轉(zhuǎn)正方向流域，下游臨近葉片也衍生出高強度聲源區(qū)；Δ β = 50 ° 時，不僅異常葉片的影響范圍顯著擴展，且 P rms 也大幅提高，此時異常葉片與導(dǎo)葉區(qū)距離很小，導(dǎo)葉區(qū)葉片可能成為聲障，從而加強了動葉區(qū)相鄰葉片上的升力脈動 [23] 而產(chǎn)生明顯的噪聲變化。
總之，正常工況下，噪聲源周期性分布于動葉吸力面，當(dāng)葉片發(fā)生偏移后，受異常葉片影響，高強度噪聲源區(qū)向周邊流域擴展，隨 Δ β增大，P rms 幅值和影響范圍也逐漸擴大。圖 6 為最大聲壓脈動時均值RMS ， 簡稱 P rmsmax ) 隨流量和偏離度的變化。 圖 6(a)表明， 正常工況下， P rmsmax 隨流量增大而略有下降；葉片異常時，P rmsmax 總體則呈上升趨勢。圖 6(b) 表明，不同流量下 P rmsmax 隨 Δ β 的變化趨于一致；Δ β = 0 ° ~20 ° 時，隨 Δ β 增大 P rmsmax 略有上升，而在Δ β = 10 ° ~20 °，P rmsmax 基本不變；當(dāng) Δ β = 20 ° ~40 °，P rmsmax 則顯著提高，此時高強度聲源區(qū)范圍增加明顯，異常葉片上下相鄰流域均受到影響；當(dāng) Δ β 由40 ° 增至 50 ° 時，聲壓脈動時均值的整體水平提高，但其最大值變化很小。
2.2.2 聲壓時域分析為探討不同偏離度下聲壓信號隨時間的變化特征，圖 7 給出了設(shè)計流量下，石家莊市風(fēng)機廠在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的聲壓時域特性。正常工況下，動葉區(qū)聲壓表現(xiàn)為規(guī)律的周期性特征，葉片打擊周圍空氣產(chǎn)生的激勵作用使其具有 13 個顯著的振幅峰值點，與葉片數(shù)一致 ( 由于聲壓傳播的滯后性， 開始時刻較短時間內(nèi)無聲壓數(shù)據(jù) ) ， 這也說明此時非定常計算達到了穩(wěn)定狀態(tài)；其他區(qū)域也呈現(xiàn)類周期性脈動特征，其峰值變化更為密集，其中導(dǎo)葉區(qū)的聲壓峰值點也為13 ，與動葉區(qū)一致，而集流區(qū)和擴壓區(qū)則不明顯；另集流區(qū)的聲壓值為負。異常工況下，動葉區(qū)聲壓仍呈周期性脈動，且峰值點數(shù)不變，但在 t = 0.025 s 聲壓脈動明顯，且Δ β 越大其值脈動幅度愈大，尤其是 Δ β = 50 ° 時，聲壓脈動幅度約為正常情形下的 3.5 倍。
導(dǎo)葉區(qū)的聲壓特征總體呈“ V ”分布，其拐點位于 t = 0.03 s ，并隨 Δ β 增大在拐點處向負聲壓方向發(fā)展。集流區(qū)和擴壓區(qū)的聲壓時域特征類似，受 Δ β 增大影響，聲壓脈動幅度加劇，峰值逐漸突出。圖 7 表明，不同區(qū)域的聲壓時域特征各異，但均呈現(xiàn)周期性或類周期性形態(tài)。動葉安裝角異常對聲壓時域特性的影響主要體現(xiàn)為聲壓脈動形態(tài)、脈動區(qū)間和幅值的變化上。位于聲源后的導(dǎo)葉區(qū)和擴壓區(qū)，聲壓脈動特征變化明顯，正常工況下聲壓在正壓區(qū)脈動，隨 Δ β增大，正壓脈動范圍逐漸減小，并向負壓區(qū)發(fā)展。位于聲源前的集流區(qū)在正常工況下壓力脈動區(qū)間為 − 130~ − 210 Pa ，當(dāng)葉片安裝角發(fā)生異常后，脈動區(qū)間逐步上移，Δ β 達到 40 ° 以后，出現(xiàn)正壓區(qū)。比較 4 個區(qū)域的聲壓幅值可知，噪聲值大小順序依次為動葉區(qū)、導(dǎo)葉區(qū)、集流區(qū)、擴壓區(qū)。這是因為愈靠近噪聲源區(qū)，受氣流壓力脈動的影響越顯著， 從而加大該區(qū)域的振動， 其對應(yīng)噪聲值就越高；反之，其對應(yīng)噪聲值就越低。再者，隨測點與聲源距離的增大，聲源面對周期性變化的聲波擾動變小。從圖 7 中可明顯看出，異常工況下偏離度對聲壓的影響： 以靠近聲源較近的測點 1 和測點 2 為例，兩監(jiān)測點位置與異常葉片徑向距離相差半個周期，所以當(dāng)異常葉片與測點距離最短 ( 即 t = 0.025 s) 時，該時刻測點附近氣流振動紊亂加劇，以致壓力脈動明顯增強，表現(xiàn)形式為聲壓幅值的升高，且隨偏離度增大，其影響程度愈加突出。