大小叶片贯流风机内流特性分析与实验研究

为降低空调用贯流风机的噪声,改善音质,通过采用直叶片贯流风轮达到斜扭叶片贯流风轮的音质和低噪声特性,从而降低贯流风轮的制造成本,本文设计了大小叶片交错组合的新型非等距贯流风机,并采用滑动网格对其内流特性进行了非定常数值模拟,同时对其气动噪声特性进行了实验研究.大小叶片贯流风机的偏心涡基本稳定在叶轮中心与蜗舌相连的切线上,位于叶轮内圆周附近.风轮非定常运转时,偏心涡的涡核位置在直径为2mm的圆所围成的区域内变化.大小叶片交错组合的贯流风轮改变了叶轮与蜗舌的间距,有效地降低叶片通过频率噪声并改善了音质.采用大小叶片交错组合的贯流风轮能够达到斜扭叶片贯流风机的降噪效果.     

贯流风机内部旋涡非定常演化的数值模拟

本文采用非定常三维Navier-Stokes方程、κ-ε两方程模型分析了贯流风机内部旋涡产生、发展、耗散、消失的演化过程。数值模拟显示:偏心涡产生于进气侧,随后横穿叶轮内部朝出气侧移动,最后位于出气侧叶片内圆周上。叶轮外圆周脱落的旋涡是不稳定的,它们互相融合,最后被吸入叶轮内部。数值模拟的结果显示偏心涡先于贯流而产生,是由于偏心涡的存在导致了贯流的产生,并非贯流形成了偏心涡。本文证实了ECK的旋涡理论和文献[3]的实验结果。     

斜蜗舌对贯流风机内流的影响及降噪机制研究

本文提出采用一种新型的不等距蜗舌(这里统称为斜蜗舌)在提高风机的外特性性能的同时,相对降低噪声.通过试验与数值模拟,比较直叶片式,斜叶片式贯流风机分别用直蜗舌和斜蜗舌时内流、外特性及噪声频谱.采用三维Navier-Stokes方程和κ-ε两方程湍流模型对内部流场进行数值分析,发现与采用常规蜗舌的贯流风机不同的是斜蜗舌贯流风机偏心涡位置随着蜗舌间隙的变化而发生改变.本文旨在探讨斜蜗舌对贯流风机内流的影响及降噪的机制.     

贯流风机内动静干扰发声机理的研究

本文通过实验与数值计算方法,探讨了贯流风机内动静干扰的现象及其诱导的噪声特性.文中给出了贯流风机流场的三维大涡数值计算结果,分析了声源场的特性,指出贯流风机流场具有较强的随机性。分别对直叶轮及斜叶轮气动性能及远场噪声进行实验测量,讨论了两种叶轮的优劣性。使用微压传感器对蜗舌出口处边界层压力脉动进行采集,给出了此处边界层辐射噪声源的相关分析.通过对实验结果分析指出声源脉动的宽频特性是被测风机噪声呈现宽频的主要原因。     

多翼风机新型斜蜗壳和常规直蜗壳的对比研究

本文采用Navier-Stokes方程和K-ε两方程模型对多翼风机分别采用新型斜蜗壳和常规直蜗壳的内流特性进行了三维数值模拟和实验研究。新型斜蜗壳的蜗舌间隙沿轴向从底盘到进风口由6％变化到4％,同时间隙位置沿圆周方向偏移15°。计算结果表明采用新型斜蜗壳可以改善多翼风机蜗舌间隙内的压力和速度分布,消除近底盘区域的出口旋涡。实验结果表明,采用新型斜蜗壳可以提高多翼风机的压力,降低叶片通过频率噪音并能改善音质。     

贯流叶轮的旋转模态分析

应用旋转模态理论和CFD方法研究贯流叶轮的离散噪声特性,并分析贯流风机远场噪声主要呈现宽频的原因.设计了三种不同的蜗壳匹配方案,以控制贯流风机内主要的涡结构。通过采用CFD方法计算不同方案中贯流风机内部涡流动结构主要位置,确定出贯流叶轮上下游发生干涉的叶片数。根据模态分析理论,计算了不同蜗壳及蜗舌匹配方案中贯流叶轮的截止率。计算结果表明,由于叶轮内主流速度较低,使得贯流风机的离散噪声不明显。     

贯流风机涡结构与噪声特性的数值研究

本文采用大涡模拟对空调室内机中贯流风机的内流进行了数值计算,结果显示了以偏心涡为代表的复杂非定常流动细节.计算结果表明,贯流风机气流两次进出叶轮,叶片尾缘、蜗舌处出现明显的脱落涡结构.叶轮周围监测点上出现了三个特征频率,分别对应叶片通过频率、叶片脱落涡频率以及蜗舌后缘的脱落涡频率,不同的特征点上表现出不同的频谱特性.另外,通过LEE方程中的声源项分布得到了贯流风机的主要噪声源区域,继而对蜗舌和叶轮等主要音源表面的远场辐射噪声频谱进行了分析,为后续的实验研究提供参考.     

多翼离心风机的三维数值分析

本文对一前弯多翼离心风机的内流场进行了三维数值分析。结果显示蜗壳内部的最大压力沿着轴线方向分布在不同的圆周位置,叶轮内部蜗舌上游区域存在着进口旋涡,蜗舌附近存在着明显的从叶片出口到进口的逆向回流,蜗舌间隙中存在着间隙涡,本文同时给出了一些典型位置上的速度和静压沿轴向的分布曲线,为验证本计算方法的可靠性,计算的流量和压力特性曲线和实验结果进行了比较,吻合良好。     

贯流风机内部偏心涡演化规律的数值分析

本文采用Navier-Stokes方程和Κ-ε两方程模型对不同负载时家用空调贯流风机内部偏心涡的演化规律进行了数值模拟。研究表明,随着出口外界负载的增加,贯流风机内部偏心涡增大,偏心涡卷吸的区域增强;同时偏心涡的涡核不断向远离蜗舌的方向移动。而在相同的出口背压下,提高或降低贯流风机的转速,偏心涡的涡核位置几乎不发生变化.     

横流风机轴向交错叶轮的噪声研究

本文研究了横流风机轴向交错叶轮的气动及噪声特性。首先进行了横流风机的气动性能实验并开展数值解析。用数值解析得到的固壁表面脉动压力进行噪声预测,噪声预测模型采用Farassat 1A方程。在预测过程中对叶轮交错角做出假设,转化成各节叶轮流场的时间延迟,并考虑了风机轴向长度带来的影响。计算结果给出了单一叶片周向旋转噪声辐射的分布情况,分析了噪声源的位置和机理。预测的远场声压从时域和频域与相应的五种具有不同轴向交错角度叶轮的实验结果相验证,揭示了风机的叶片通过频率噪声随叶轮交错角度的变化规律。     

空调器新型轴流风扇叶尖涡的研究

本文采用Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,对只在叶轮尾缘带有导流罩的低压轴流风扇进行了三维稳态内流模拟,详细分析了叶顶流场中叶尖涡的产生和发展轨迹。研究结果表明,叶尖涡在距叶尖前缘约1/4叶顶轴向弦长的吸力面附近形成,在叶轮出口附近消失,在切向约占3/4流道,近似形成一个涡环,阻塞主流.在回转面上,叶尖涡涡核先沿流线方向发展,在导流罩附近逐渐转为切向方向发展;在径向方向,叶尖涡先沿外径方向发展,在导流罩附近转向内径方向移动。空调室外机系统的不对称结构引起叶尖涡在叶轮旋转过程中的相对位移.流量的变化对叶尖涡的轴向位置影响较大,而对其径向位置的影响不明显;小流量时叶尖涡的轴向移动能力减弱,切向移动能力增强,消失位置向前缘方向移动.     

离心叶轮内三维湍流流场的实验研究

利用多普勒激光测速仪对闭式后弯离心叶轮内三维湍流流场进行了实验研究。叶轮在带有无叶扩压器的通风机内运行。对整个流道内各流面的测点进行了详细的数据采集和统计．由得到的测量结果,分析了叶轮内回转面、径向面上主流速度的分布及发展趋势,气流角由叶轮进口向出口、由压力侧向吸力侧的变化规律、以及叶轮出口处二次旋涡流动等流动特性。     

冷却用弯掠轴流风机气动噪声预测与试验分析

采用Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,对五种不同结构的弯掠轴流风机A/B/C/D/E进行稳态数值模拟,结合给定的性能要求筛选出B/E风机。以稳态流场为基础,采用大涡模拟(LES)与基于Lighthill声类比的FW-H模型相结合的方法对B/E风机进行非定常计算和气动噪声预测,并将预测结果与试验数据进行了对比验证。分析了以叶轮表面作为噪声源时B/E风机的涡流噪声频谱特性,研究了风机三维非定常内部流场中旋涡分布特性,并探讨了风机旋转区域内部声压级的分布规律。     

开式轴流风扇气动噪声预测

本文采用LES/FW-H的匹配方法,研究了开式轴流风扇内部旋涡流动特征及其与叶片表面干涉引起的气动噪声之间的联系,同时进行了远场噪声预测,探讨了叶轮不同表面辐射噪声时的频谱分布特征.研究结果表明,开式轴流风扇吸力面附近形成的叶尖涡和前缘分离涡在吸力面叶片表面相应位置形成大压力波动,形成主要噪声源;叶片吸力面的辐射噪声可以通过改善吸力面附近的旋涡流动来降低;低速轴流叶轮由叶轮壁面辐射的噪声以宽频成分为主.     

前缘弯掠风扇叶尖涡的数值分析与PIV实验

本文采用三维Navier-stokes方程、κ-ε两方程湍流模型和SIMPLE算法,对空调用前缘弯掠开式斜流风扇转子叶尖涡的三维流动特性进行了数值分析与PIV实验测量。结果表明:沿子午面流动的主气流与从叶顶外侧吸入的气流之间的卷吸作用导致在吸力面叶顶区域产生了叶尖涡。叶尖涡从25％叶顶弦长位置到50％弦长位置不断发展,同时沿吸力面向下游移动;叶尖涡随后逐渐向压力面移动;叶尖涡从75％叶顶弦长位置至转子下游逐渐耗散,沿着一条与叶轮旋向相反的斜线向转子下游发展,大致持续到转子下游65％叶顶弦长位置。计算结果和PIV的实测结果吻合,表明用 CFD工具可以预测流场,同时为前缘弯掠开式斜流转子在大型中央空调室外机上的应用和风机系统的优化设计及其降噪提供了重要的内流数据。     

关于Krain实验叶轮几何型线及其流道二次流旋涡结构的讨论

Krain关于高速离心式压缩机叶轮内部流畅的LDA实验测量不仅对认识这种特定的复杂流动有重要意义,而且亦为验证正在迅速发展的CFD软件提供了比较依据。但是作者发现,Krain公开发表的实验叶轮的几何型线缺少叶轮出口附近区域的型线坐标,直接用其进行数值计算分析将引起误差。为此,本文根据Krain在不同文献中所提供的有关实验叶轮的资料,重新构造补全了实验叶轮出口区域的型线坐标。然后,利用一多功能CFD软件对该实验叶轮进行了计算分析,较详细、深入地探讨了叶轮流道内二次流旋涡结构的形成和发展过程。     

轴流风扇叶片端导叶作用的研究

本文采用数值方法研究了叶片端导叶对轴流风扇性能的影响。通过与普通开式轴流风扇比较,分析了叶片端导叶对内部流动作用的机理.数值计算结果表明:叶片端导叶的安装位置将影响轴流风扇气动效率,安装叶片端导叶不能提高风扇静压升,但是在压力面安装时能有效地减小风扇叶顶泄漏流与主流的掺混损失;在设计流量下,压力面安装叶片端导叶使泄漏涡的作用范围较小,涡核更靠近吸力面;吸力面安装叶片端导叶弱化了泄漏涡的强度但没有减小泄漏涡的作用范围。