工業(yè)離心風(fēng)機(jī)噪聲主要是氣動噪聲,其中占主導(dǎo)地位的是氣流作用在葉片和蝸殼上的脈動壓力引起的偶極子噪聲,它是由葉片通過頻率(BPF)的離散噪聲和旋渦、湍流引起的寬帶噪聲組成。前者是離心風(fēng)機(jī)的主要噪聲源,它是由流出葉片的高速氣流(discharge)沖擊蝸殼蝸舌,在葉片和蝸舌上產(chǎn)生很大的脈動壓力造成的,其噪聲頻率為風(fēng)機(jī)葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積。本文只討論工業(yè)離心風(fēng)機(jī)的BPF噪聲預(yù)估。近年用計算航空聲學(xué)(CAA)方法預(yù)估離心風(fēng)機(jī)BPF噪聲已有多篇文獻(xiàn)報道,但實測和預(yù)估誤差普遍很大,無法具體應(yīng)用。這里有預(yù)估方法問題,也有預(yù)估和噪聲實測數(shù)據(jù)對比不合理問題。
本文先按照風(fēng)機(jī)噪聲測試標(biāo)準(zhǔn),對7-27No.8風(fēng)機(jī)用進(jìn)氣法,在風(fēng)機(jī)出口距中心lm、45°方向測得BPF噪聲的聲壓級,再按實測流量和轉(zhuǎn)速,采用FLUENT軟件對非定常雷諾平均N-S方程和RNGk-s湍流模式進(jìn)行九洲風(fēng)機(jī)整機(jī)流場數(shù)值模擬,再用自編軟件從中讀取數(shù)據(jù),得到葉片和蝸舌上的脈動壓力作為聲源并對FW-H方程求解聲場,得到測試場點的BPF預(yù)估聲壓級,二者進(jìn)行比較,希望能有較好吻合。
一、預(yù)估噪聲的CAA方法和測試方法簡介
采用FLUENT軟件對非定常雷諾平均N-S方程和BNGA-s湍流模式進(jìn)行風(fēng)機(jī)流場數(shù)值模擬的整機(jī)計算域如圖1和圖2所示,葉輪網(wǎng)格分別如圖3所示。7-27風(fēng)機(jī)整機(jī)網(wǎng)格數(shù)138.8萬。采用定常雷諾平均N-S方程和RNGk-s模型的穩(wěn)定解作為非定常雷諾平均N-S方程和RNGk-e模型計算的初始場,當(dāng)風(fēng)機(jī)的扭矩和全壓隨時間呈現(xiàn)周期性的變化,認(rèn)為非定常計算的流場已達(dá)周期解,然后提取一個葉輪周期的時間長度,每隔一個時間步從非定常計算流場中導(dǎo)出葉片壓力邊、葉片吸力邊和蝸舌表面的壓力分布信息,即各個聲源面的壓力隨時間的變化信號,將其輸入自行編制的軟件,先進(jìn)行FFT變換,提取BPF聲源信息,再求解FW-H方程,便可得到葉片和蝸舌BPF聲源輻射的離心風(fēng)機(jī)的聲場,進(jìn)行BPF離散噪聲的場點聲壓級的預(yù)估。需要指出:這個求解FW-H方程的軟件是經(jīng)過嚴(yán)格考核,又用于6-41風(fēng)機(jī)的BPF噪聲聲功率預(yù)估,得到測試證實。所以自編FW-H方程求解軟件是準(zhǔn)確、可信的。
噪聲測試方法采用風(fēng)機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB-2888—91,聲場的測點是風(fēng)機(jī)出口45°方向、離中心距離lm處,采用BK3560B-Pulse多通道分析系統(tǒng)測量其1/24倍頻程噪聲聲壓級頻譜和分辨率為1Hz的各頻率的聲壓級,現(xiàn)場測試照片如圖4所示。
二、7-27No8風(fēng)機(jī)的BPF預(yù)估噪聲和實測數(shù)據(jù)比較
1、7-27風(fēng)機(jī)的預(yù)估BPF噪聲
采用FW-H方程求解程序可得到實際測點的BPF離散噪聲的頻率為398.65Hz,各個聲源引起的聲壓級及總聲壓級,葉片聲源貢獻(xiàn)的測點聲壓級為78.5dB,蝸殼貢獻(xiàn)為72.4dB總聲壓級為79.5dB,說明對測點聲壓級的主要貢獻(xiàn)是葉片聲源。這是因為5-49九洲普惠風(fēng)機(jī)的風(fēng)舌間隙很大,達(dá)10%,所以不僅是總的離散噪聲小,而且主要貢獻(xiàn)是葉片提供的。
2、7-27風(fēng)機(jī)BPF噪聲實測與數(shù)值預(yù)估比較
實測得到的測點在BPF附近的分辨率為1HZ的聲壓級,最大值在399Hz處的77.8dB,前者為BPF噪聲的實測頻率,它和預(yù)估值398.65Hz相等。
三、結(jié)束語
本文給出CAA聲學(xué)預(yù)估BPF噪聲方法,并對7-27No.8風(fēng)機(jī)進(jìn)行BPF噪聲的預(yù)估和現(xiàn)場實測,對比結(jié)果BPF噪聲二者完全相同,比噪聲預(yù)估值髙0.7dB,符合也很好,證實了本文方法可用于風(fēng)機(jī)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的預(yù)估,有實用價值。
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