葉片厚度對(duì)風(fēng)機(jī)葉片噪聲的影響分析(1)
作者:石家莊風(fēng)機(jī) 日期:2015-8-31 瀏覽:1722
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石家莊風(fēng)機(jī)是一種用來(lái)輸送或者抽取氣體的裝置,因?yàn)樗薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格低廉等特點(diǎn),因此應(yīng)用十分廣泛。韓惠君等建立石家莊風(fēng)機(jī)性能的數(shù)學(xué)模型,研究了改變?nèi)~片參數(shù)對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)性能的影響,分析得出改變?nèi)~片厚度對(duì)風(fēng)機(jī)性能影響很小,同時(shí),通過(guò)疲勞分析,給出了符合疲勞強(qiáng)度的葉片厚度范圍,指出葉片厚度過(guò)厚,因此,可通過(guò)減小葉片厚度以實(shí)現(xiàn)輕量化的目的。但該文并沒(méi)有考慮葉片振動(dòng)、噪聲問(wèn)題,本文將對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行研究。石家莊風(fēng)機(jī)作為一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械,其噪聲包括氣動(dòng)噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。目前,對(duì)于石家莊風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的研究文獻(xiàn)較少,關(guān)于其它旋轉(zhuǎn)機(jī)械氣動(dòng)噪聲的研究,主要集中在軸流、離心、貫流等風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng)模擬和氣動(dòng)噪聲的預(yù)測(cè)上,Wolfram等用試驗(yàn)和仿真結(jié)合的方法研究了離心風(fēng)機(jī)的非定常運(yùn)動(dòng)和氣動(dòng)噪聲,指出了離散噪聲產(chǎn)生的原因。Cho等利用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格和非穩(wěn)態(tài)二維N-S方程對(duì)橫流風(fēng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,提出了用非均勻節(jié)距葉片來(lái)改善風(fēng)機(jī)的離散噪聲。劉敏提出了一種貫流風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲的預(yù)測(cè)模型,分析了風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲源的產(chǎn)生機(jī)理、位置及強(qiáng)弱。毛義軍等分析了離心風(fēng)機(jī)葉片輻射噪聲特性。蘇虎用二維CFD模型對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了分析,并分析了葉片彎角、葉片數(shù)等參數(shù)變化對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的影響,但該文并沒(méi)有分析葉片厚度變化對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的影響。在風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)噪聲方面,蔡建程等數(shù)值模擬了離心風(fēng)機(jī)蝸殼在非定常氣動(dòng)力作用下的蝸殼振動(dòng)噪聲。采用有限元和邊界元相結(jié)合的方法,對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)殼體振動(dòng)聲輻射進(jìn)行了預(yù)測(cè),但并沒(méi)有計(jì)算葉片結(jié)構(gòu)噪聲。戚美分析了軸流通風(fēng)機(jī)動(dòng)葉片的聲振特性,通過(guò)改變?nèi)~片結(jié)構(gòu)尺寸達(dá)到減振降噪目的,但并沒(méi)有葉片厚度變化對(duì)葉片結(jié)構(gòu)噪聲的影響。此外,沒(méi)有查閱到綜合考慮分析葉片的氣動(dòng)噪聲與結(jié)構(gòu)噪聲的相關(guān)文獻(xiàn)。
本文針對(duì)燃料電池車用風(fēng)機(jī)進(jìn)行研究分析,風(fēng)機(jī)型號(hào)為臺(tái)灣瑞昶電機(jī)有限公司的DG-600系列。首先完成了石家莊風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)計(jì)算,以提取葉片表面的壓力脈動(dòng)信號(hào),接著分別建立了計(jì)算風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲與結(jié)構(gòu)噪聲的仿真模型,研究了葉片厚度變化對(duì)氣動(dòng)噪聲以及結(jié)構(gòu)噪聲的影響,最后,對(duì)葉片噪聲中氣動(dòng)噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲各自所占的比重進(jìn)行了分析。石家莊風(fēng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)計(jì)算的三維CFD模型,采用的是六面體網(wǎng)格,網(wǎng)格總數(shù)約550萬(wàn)。仿真計(jì)算的參數(shù)為,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min,入口壓力為0,出口壓力為10kPa,湍流模型為大渦模擬。將石家莊風(fēng)機(jī)的入口設(shè)為壓力入口邊界,出口設(shè)置為壓力出口邊界,其它邊界條件均為固壁邊界。葉片表面的監(jiān)測(cè)位置如圖2所示,這樣,待非定常計(jì)算結(jié)束時(shí),便可以得到110個(gè)葉片表面壓力脈動(dòng)數(shù)據(jù)。作用在葉片上的壓力時(shí)域圖呈現(xiàn)出了明顯的周期性特征,周期與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一致,當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí),壓力變化一周的時(shí)間為0.02s。而且無(wú)論是葉片的吸力面還是壓力面,都無(wú)一例外的表現(xiàn)出了55倍頻(2750Hz)的峰值頻率,這說(shuō)明風(fēng)機(jī)噪聲中的55倍頻主要由葉片貢獻(xiàn)。