基于分组模型及仿生蜗舌的多翼离心风机设计

为提高多翼离心风机的流动效率,提出一种适合于该类型风机特点的分组设计模型,并借助于流场计算与试验设计相结合的分析方法,依次对多翼离心风机的叶轮、蜗壳和蜗舌进行分组设计。结果表明:具有更多设计自由度的双圆弧叶片气动性能明显优于单圆弧叶片;在保证蜗壳结构尺寸不变的前提下,采用等边基方法设计的蜗壳性能略优于三段圆弧设计出的蜗壳;基于长耳翼型前缘的仿生蜗舌能够有效减弱分离流动现象;利用本文方法改进后的多翼离心风机设计效率提高了4.33%,变工况性能明显改善。研究工作对深刻认识多翼离心风机内部复杂流动机理及发展优化设计方法具有学术意义和工程应用价值。     

倾斜叶片对多翼离心风机性能影响的研究

本文应用大涡模拟及边界元法研究了倾斜叶片对多翼离心风机气动声学性能的影响。研究结果表明,相较于传统直叶片叶轮,倾斜叶片叶轮在出口角度不变时因叶片发生扭转,会略微降低风机流量。采用倾斜叶片,可以减小叶道中的流动分离区域,减弱流动分离程度。前盘侧间隙泄漏量随着前盘侧叶轮外径的减小而减少,倾斜叶片叶轮出口角度的变化对于泄漏量影响较大。倾斜叶片叶轮在前盘侧叶轮外径减小时,可以减少风机噪声。     

多翼离心风机的气动噪声预测

针对目前不同型号的多翼离心风机采用降噪方法的不确定性,提出了一种基于非定常流场的多翼离心风机气动噪声分析方法,不需要直接求解声场却能为多翼离心风机降噪提供有用信息.对风机内部非定常流场进行计算,结合时域和频域方法对流场内静压脉动的强度和频率进行分析,根据声学基本理论,判定主要气动噪声源的位置及噪声类型.用该方法对某多翼离心风机进行计算,实验与理论分析的结果吻合良好.     

变工况下前弯离心风机宽带噪声的数值模拟及分析

为了解前弯离心风机不同工况下宽带噪声的变化规律及特性,本文以一款前弯高压离心风机为研究对象,针对带宽频特征的涡流噪声,运用基于Lighthill理论的FW-H方程和Proudman方程对前弯离心风机近场、远场噪声进行积分计算,通过三维非定常与定常数值模拟研究了其在设计流量,大流量与小流量三个运行工况下的噪声频谱特性,以及风机叶轮、蜗壳的宽带噪声分布特性,并将模拟结果与试验进行了对比验证。结果表明,该风机噪声宽频特性随流量增大变得明显。叶轮处宽带噪声声功率最高出现在离蜗舌最近的两个叶片上,蜗壳处宽带噪声最大声功率级主要出现在蜗舌处。     

转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析

针对弯掠轴流风机气动噪声问题,采用大涡模拟(LES)和基于Lighthill声类比的FW-H模型相结合的方法进行非定常计算,通过快速Fourier转换(FFT),得到风机远场气动噪声声压级分布。对比研究了三种转速下旋转区内声压级分布规律、时域及频域特性,结果表明:旋转区域内声压级随转速增加而增大,前缘分离涡在某一转速时影响区域和强度最大;在一个旋转周期内,声压脉动呈现出6个波峰与波谷,验证了叶片转动频率是风机内部气动噪声的主要激励频率.     

基于两级通流模式的贯流风扇气动噪声模型

贯流风扇独特的流动形态导致主流并非发生于部分流道,根据其内流特点,本文提出了两级通流模式。在离心风扇及轴流风扇气动噪声模型基础之上,同时考虑风扇的具体几何尺寸,运行情况,及蜗壳的存在对噪声传播的影响,提出了贯流风扇叶轮气动噪声的预估模型。试验结果验证了该模型的可靠性,在低转速1100r/min以下时可以较好地预测贯流风扇的气动噪声总声压级,在较高转速时,存在一定的误差。     

油烟机内多翼离心风机的响应面优化设计

为改善油烟机的气动性能,提高最大风量工况下的整机全压,对油烟机内多翼离心风机的叶轮进行响应面优化。通过与实验数据对比,验证了本文数值模型的可靠性。使用Box-Behnken实验设计方法对叶轮的进出口安装角和轮径比进行响应面优化,结果表明,叶轮的进出口安装角和轮径比对风机全压均有显著影响;将不考虑油烟机辅助部件的简化模型与整机模型分别进行响应面优化并进行对比分析,结果表明简化模型的优化结果在整机模型中存在不适应性。对最终优化机型在不同风量工况下进行气动性能和噪音的实验测试,实验结果表明,油烟机整机全压在最大风量工况下提高了18.89 Pa,且在整个工况范围内,气动性能均显著提高,A声压级噪声没有显著变化。     

集流器偏心对前弯离心风机气动性能影响分析

前弯离心风机叶片长、弯度大,蜗壳非对称性加剧其与叶轮干涉作用。为研究流动非对称性对前弯离心风机气动性能影响,本文对某前弯离心风机进行集流器偏心安装,采用数值模拟对风机三维不可压缩流场进行求解,预测不同安装角及偏心距下的离心风机性能。通过观察分离流动与气流角分布情况,给出偏心角、偏心距改变对叶片入口流动分离影响细节。结果显示当偏心距L=3 mm,偏心角θ=120℃时分离现象明显减少,分离干涉得到改善,结合试验对偏心方案进行可行性验证,采用该分析方法可为预测非对称入流条件下的离心风机内部流动特征提供一种途径。     

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。     

基于敏感性分析降维的多翼离心风机叶轮优化设计

针对多翼离心风机内部流动分离严重、流动损失大及叶轮几何参数多等特点，本文以风机叶轮为对象，开展了几何参数化建模及基于敏感性分析降维，并在此基础上，通过建立包含拉丁超立方抽样法、支持向量回归(SVR)代理模型、混合自适应采样方法和遗传算法的高维高效优化方法，分别开展了效率单目标优化与效率–全压多目标优化设计。研究结果表明：对于风机效率，几何参数影响程度由大到小依次为叶轮内径、叶片出口角、叶轮外径、中盘位置、叶片进口角、叶片数、叶轮宽度、叶片厚度。单目标优化后风机最高效率点效率提高2.29%；多目标优化后效率提高1.91%，全压提升30.95 Pa。研究工作对于认识多翼离心风机内流机理、发展先进优化设计方法具有较重要的学术意义及工程应用价值。     

数值模拟不等距叶片对贯流风机的影响

贯流风机的通过频率(BPF)是其重要的噪声频率.降低BPF噪声可以降低基频处的声压级,其中一种方法是采用不等距叶片.本文采用3种叶片距分布形式,采用realizable k-ε两方程和大涡模拟(LES)湍流模型模拟了风机的内流场,计算线性欧拉方程(LEE)中声源项得到声源位置及强度,采用基于Lighthill声类比的FW-H积分方程获得了叶轮和蜗舌处偶极子型的离散噪声频谱.比较了不同叶片距对风机性能,噪声特别是BPF噪声的影响.计算结果表明在对性能影响较小的情况下,不等距叶轮可降低BPF噪声和总A声级噪声.     

抽油烟机内部结构的数值优化

本文通过数值模拟,详细分析了双吸抽油烟机内部电机位置和两个叶轮的宽度对抽油烟机气动性能的影响。结果显示:抽油烟机内部多翼离心风机的内置电机的位置对多翼风机内部流场的影响很大;将内置电机安装于一侧叶轮处,而保证另外一侧叶轮的流场,可以提高抽油烟机的气动性能;保持两个叶轮总宽度不变,将内置电机安装于一侧叶轮处,不断的增加非电机侧的叶轮宽度,并减小电机侧的叶轮宽度,可以显著提高抽油烟机的气动性能。     

上下并联轴流风机室外机气动声学预测模型

本文基于CFD模拟方法,分析了空调器室外机上下并联轴流风机系统噪声源分布,建立了室外机气动声学预测方法.研究发现,上下并联轴流风机系统由宽频和离散频率噪声组成,宽频噪声是影响室外机噪声总声压级的重要因素.涡声分析表明,涡脱落噪声是宽频噪声的主要影响因素.基于CFD的叶片尾缘涡脱落噪声预测方法计算得到宽频声压误差为2 dB,考虑离散频率影响时,室外机A计权总声压级预测误差小于2 dBA.基于CFD的点源时域预测模型,捕捉到了上下并联轴流风机系统的离散频率噪声峰值,且在上下叶轮前二阶谐波处预测值与实验值吻合较好.     

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。     

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。     

蜗壳非轴对称性对离心压缩机内部非定常流动影响的数值研究

本文采用非定常数值模拟方法研究了蜗壳几何非轴对称性对离心压缩机内部非定常流场的影响。结果表明:流场的非定常波动主要受叶轮影响。远离蜗壳设计工况时,蜗壳非对称性的影响可传播至叶轮主叶片前缘。蜗壳非对称性对扩压器叶片压力面瞬时压力的影响在小流量和设计流量工况下主要体现叶轮主叶片与分流叶片通过频率的影响,而在大流量工况下叶轮主轴旋转频率也占一定比重。叶轮主叶片压力面的非定常压力波动主要受叶轮主轴旋转频率及其倍频与扩压器叶片通过频率及其倍频的影响。     

扩压器几何参数对离心风机噪声的影响

本文试验研究了扩压器几何参数对一高速离心风机的噪声的影响。扩压器的几何参数包括叶片数、叶轮与扩压器的径向间隙和倾斜前缘倾角以及它们的耦合作用对风机噪声的影响。试验结果表明:(1)风机A声级噪声随扩压器叶片数增加而下降,但气动性能也随之下降;(2)扩压器前缘半径从R_3/R_2=1.03增加到1.07,在设计点风机A声级噪声降了约3 dB(A),继续增大至1.09则基本不变;(3)适当倾斜扩压器前缘可有效降低风机噪声,在设计点30°倾角扩压器相应的风机A声级噪声下降了约3.6 dB(A);(4)倾斜扩压器前缘与增大径向间隙的降噪效果不能叠加。     

矢量气动声学的理论研究进展及应用

气动声学的声比拟理论以密度、声压等标量为波动算子变量,建立非齐次波动方程,描述流体运动及与边界作用诱发声音的辐射,但标量无法直接描述声能量的传播过程和途径.在流体力学研究中,标量用于描述当前当地的物质状态,而矢量用于描述质量和能量的传输.借鉴上述思想,开展了矢量气动声学的研究,概述矢量气动声学的理论研究进展及应用,主要包括:（1）以声粒子速度为变量,采用声比拟理论的思想直接从Navier-Stokes方程出发推导建立了气动声学的矢量波动方程及两种频域解;（2）综合利用声压和声粒子速度的积分解,直接求解声源周围的瞬时和有功声强矢量场,直观显示声能量的传播途径,应用于旋转声源辐射声能量的传播分析,揭示了亚音速旋转声源辐射声能量的3种传播模式:螺旋模式、声学黑洞模式和R-A模式;（3）采用球谐级数展开方法建立旋转点/紧凑声源辐射噪声的声压和声粒子速度的频域解析解,在此基础上推导了声功率谱的频域解析解,建立了识别旋转叶片声源在空间域和频域分布特征的方法;（4）综合利用矢量气动声学方法和等效源方法,显示声源和散射边界周围声强矢量场的分布特征和能量传播途径,直接揭示了阻抗边界主要的吸声位置以及直接计算得到阻抗边界的吸收声功率.      

控制周向截面积分布的风机蜗壳优化设计方法

针对某前弯式离心风机蜗壳提出一种控制周向截面积分布的优化设计方法.该方法将优化算法与数值模拟分析相结合,在仅改变蜗壳型线的前提下,以控制蜗壳型线的四个结构参数为优化变量,以效率不减、风机全压最大为优化目标。通过对比原型风机的数值与试验结果,验证数值计算的可靠性.优化前后的结果表明,合理的蜗壳周向截面积分布方式能明显改善风机性能.优化后蜗壳改善了风机叶轮出口处的流场结构,增加了该处的气流速度并减小了气流角,最终使得风机全压提升45 Pa,风机效率提高1.15%.