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1．3氣動(dòng)聲場(chǎng)計(jì)算模型寬帶噪聲源模型(broadb鋤d noise s伽睇esmodel)，包括P砌ldll姍的噪聲源模型和邊界層噪聲源模型等。ProudII啪運(yùn)用Ligl】脅in的聲學(xué)理論，分析了各向同性湍流產(chǎn)生的噪聲，并采用統(tǒng)計(jì)方法，推導(dǎo)出適用于每個(gè)體單元的聲功率表達(dá)式，其針對(duì)的噪聲源屬于四極子聲源。四極子噪聲是由于湍流邊界層，尾跡區(qū)的湍流脈動(dòng)，分離流動(dòng)等流體內(nèi)部的壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的。邊界層噪聲源模型基于Cude的積分方程實(shí)現(xiàn)，方程對(duì)剛性表面上壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的輻射聲壓進(jìn)行積分，進(jìn)而計(jì)算出低雷諾數(shù)情況下，表面偶極子聲源輻射出的噪聲聲功率，其針對(duì)的噪聲源為偶極子聲源。偶極子噪聲是由于葉片及蝸殼固壁表面的壓力脈動(dòng)所產(chǎn)生的。葉輪內(nèi)的主要?dú)鈩?dòng)噪聲源是由于流動(dòng)分離、葉片及蝸殼固壁表面的壓力脈動(dòng)及失速團(tuán)的非定常演化過程引起的。因此，采用寬帶噪聲源模型數(shù)值模擬石家莊風(fēng)機(jī)內(nèi)部的氣動(dòng)噪聲源分布。
2數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析
2．1 幾點(diǎn)說明1)進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性計(jì)算，且離心石家莊風(fēng)機(jī)性能曲線和失速頻率分別與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了數(shù)值模擬和失速模型的正確性，詳見文獻(xiàn)【15】。本文在其基礎(chǔ)上在靠近蝸舌的3個(gè)流道內(nèi)設(shè)置了3個(gè)噴嘴截面，不影響計(jì)算結(jié)果的正確性。2)關(guān)于旋轉(zhuǎn)失速先兆發(fā)生前的數(shù)值模擬在文獻(xiàn)【13】中已進(jìn)行詳細(xì)介紹，本文主要研究在失速先兆發(fā)生前某一時(shí)刻在葉片進(jìn)口處，3個(gè)噴嘴向葉輪內(nèi)部吹氣(吹氣速度為110 n1／s)后，不同閥門開度下葉輪內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)特征，及石家莊風(fēng)機(jī)的擴(kuò)穩(wěn)效果。3)在吹氣抑制石家莊風(fēng)機(jī)失速的研究過程中考慮了吹氣速度對(duì)失速抑制效果的影響。當(dāng)吹氣速度過小，抑制失速無明顯效果。當(dāng)吹氣速度大于70m／S時(shí)，吹氣能夠推遲失速的發(fā)生；隨著吹氣速度的增大，石家莊風(fēng)機(jī)安全裕度增大，但當(dāng)吹氣速度大于110IIl／s時(shí)，安全裕度增大不明顯。限于文章篇幅，文中僅對(duì)吹氣速度為110 111／s下石家莊風(fēng)機(jī)內(nèi)部的流體動(dòng)力學(xué)特征和噪聲特性進(jìn)行分析，研究吹氣抑制石家莊風(fēng)機(jī)失速的效果。4)葉輪內(nèi)95％以上區(qū)域相對(duì)速度小于60m／s，在噴嘴附近速度較高。為了能更清楚地觀察及對(duì)比葉輪內(nèi)相對(duì)速度矢量分布，本文后面出現(xiàn)的相對(duì)速度矢量圖中相對(duì)速度值的上限均設(shè)定為60m／s。原始石家莊風(fēng)機(jī)在閥門開度為0．72時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象，流量為4．157 m3／S。在失速先兆發(fā)生前，在葉片進(jìn)口處向流道內(nèi)吹氣，下面分別分析閥門開度為O．69、0．63、O．54和0．48時(shí)葉輪流道內(nèi)不同軸向截面億=3 l、壓38．5和Z暫6分別靠近葉輪前盤、中間和后盤處的軸向截面)的相對(duì)速度矢量圖、靜壓等值線分布和聲功率級(jí)分布。
2．2葉輪內(nèi)相對(duì)速度矢量分布圖2為閥門開度分別為‰=0．69和七l=0．63時(shí)葉輪內(nèi)不同軸向截面的相對(duì)速度矢量分布圖。由圖2(a)和圖2(d)可知，在Z蘭31截面，葉輪內(nèi)部流場(chǎng)在周向上分布較均勻，沿順時(shí)針距離蝸舌第3_4個(gè)流道內(nèi)分離渦面積較大。噴嘴附近的流道內(nèi)靠近吸力面?zhèn)瘸霈F(xiàn)了流速高于10n1／s的回流，主要是由于石家莊風(fēng)機(jī)出口靜壓較高而噴嘴高速氣流強(qiáng)制吹散壓力側(cè)分離渦引起的。由圖2(c)和圖2(f)可知，分離渦已經(jīng)擴(kuò)展到葉輪后盤附近，且分離渦的面積隨著閥門開度的降低而增大。Z斗6截面上分離渦位于靠近蝸舌的幾個(gè)流道內(nèi)，且不沿周向旋轉(zhuǎn)，說明葉輪內(nèi)尚未發(fā)展形成周向旋轉(zhuǎn)的失速團(tuán)。因此，在這2個(gè)閥門開度下，由于噴嘴吹氣，離心石家莊風(fēng)機(jī)未進(jìn)入旋轉(zhuǎn)失速狀態(tài)。圖3為閥門開度分別為尼l=0．54和J|}l=0．48時(shí)葉輪內(nèi)不同軸向截面的相對(duì)速度矢量分布圖。由圖3(a)可知，七l=0．54時(shí)，在壓3l截面距離蝸舌較遠(yuǎn)的第4—5個(gè)流道內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)一步惡化，幾乎阻塞了流道，噴嘴附近流道內(nèi)的回流區(qū)域面積也有所擴(kuò)大；圖3(b)和圖3(c)分別圖2(e)和圖2(f)相比，隨著閥門開度減小，在z蘭38．5和壓-46截面，分離渦占據(jù)面積增大。由圖3(d)可知，隨著閥門開度的減小，當(dāng)確=0．48時(shí)靠近前盤的Z_3l截面內(nèi)流場(chǎng)沿周向呈不均勻分布石家莊風(fēng)機(jī)，形成了2個(gè)未成熟的失速團(tuán)并分別隨葉輪以一定速度沿周向旋轉(zhuǎn)，而2個(gè)未成熟失速團(tuán)之間流道內(nèi)的流場(chǎng)得到改善；2個(gè)未成熟失速團(tuán)經(jīng)過噴嘴附近流道時(shí)，葉片壓力側(cè)的分離渦面積減小，但流道出口仍處于阻塞狀態(tài)，進(jìn)入流道的氣體以回流的形式返回流道入口附近，回流速度升高至20m／s左右。圖3(e)和圖3(D中，葉輪中間截面和后盤附近截面上，與壓31截面中未成熟失速團(tuán)對(duì)應(yīng)流道內(nèi)均存在2個(gè)具有較大分離渦面積的區(qū)域，且沿周向旋轉(zhuǎn)。