改变蜗壳结构对离心风机性能及噪音的影响

利用Ansys Fluent软件进行数值模拟,通过分别改变蜗壳宽度和蜗舌倾角的方法,详细研究了改变蜗壳结构对离心风机气动性能及声功率级的影响。研究结果显示,在离心风机设计推荐范围内存在最佳蜗壳宽度,使得离心风机的声功率级最低;增加蜗壳宽度,离心风机的全压、效率略有下降,静压升高;固定离心风机蜗壳后盖板蜗舌半径R_1,增大蜗壳前盖板蜗舌半径R_2,能有效地降低离心风机的声功率级;在降噪效果上,改变蜗舌间隙优于改变蜗舌倾角.     

基于蜗舌改型的空调用离心风机流动分析及降噪研究

本文采用计算流体动力学和声类比相结合的混合方法对空调用离心风机进行流场以及声场的计算,同时进行风机风量和噪声的实验测量,验证所采用的数值计算模型和计算方法的有效性.针对原型非常规蜗壳,提取蜗壳中间截面型线进行直蜗舌的蜗壳设计,在此基础上设计了三种倾斜蜗舌的蜗壳.根据数值计算结果,对最优倾斜蜗舌进行了实验验证。经实验测试,风机在各个工况点风量均有提升,在最大风量点风量提升6.0%,噪声降低1.4 dB(A).数值分析风机内部流动特征及噪声特性,发现在蜗舌附近流动区域内湍流强度和涡量明显减小,在叶片通过频率处声功率谱密度以及噪声峰值明显下降,这也表明风机的旋转噪声得到了有效控制。     

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。     

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。     

风机矩形蜗壳内部流动特性及其二次流的研究

—、前言 蜗壳作为离心风机的静止元件,其内部流动状况的好坏对风机性能有着很大的影响。相对运动部件叶轮而言,对蜗壳的研究较少,近年来的一些研究表明,蜗壳内的实际流动非常复杂,用流动解析方法求取蜗壳内的流动损失也并非易事。已有关于蜗壳舌部区域的实验研究大多也是定性的。本文利用单倾斜热线测试系统,在对后向离心风机矩形蜗壳内部流场进行测量的基础上,详细测量了蜗壳内的二次流动及舌部区域的流动状况,旨在为蜗壳的合理设计或数值研究提供基础性资料。     

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。     

空调风机叶道内旋涡流动分析及进气口偏心的影响

本文采用CFD方法,详细分析了空调用多翼离心风机叶道中的气流分布以及进气口偏心的影响。研究表明,风机叶道内存在大范围的气流分离现象。在后盘附近,存在分离现象的叶道约占2/3,主要分布在蜗壳内侧;而在“前盘”附近,几乎所有叶道都存在分离现象。在“前盘”附近,蜗舌下方的叶道中气流几乎停滞,蜗舌下游叶道为回流和尾缘旋涡所充满,至临近蜗壳出口侧,前缘旋涡逐步形成、发展并融合尾缘旋涡,最后衰减、消失。风机进气口向蜗壳内侧偏置适当距离, “前盘”附近叶道旋涡分布范围明显减小。     

并联多翼离心风机蜗壳出口等面积优化法

多翼离心风机并联系统有限的出口面积使风机性能受到制约,为提高并联运行状态下的风机性能,需对蜗壳的出口结构进行相应的优化。本文引入系数￡表征蜗壳出口段流道的收缩程度,详细分析了该收缩度ε对风机性能的影响,并根据不同方案的计算结果提出了一种针对并联系统风机的等面积优化法。基于该方法对原风机蜗壳结构进行了局部改型,模拟及试验结果表明:等面积优化法消除了流道中出口面积受限造成的压力损失,蜗舌附近流动得到明显改善,气动性能也得到较大提升。     

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。     

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.     

使用多孔蜗舌的贯流风机

将贯流风机的蜗舌替代为多孔板与容腔组合的结构,定性地研究其控制气动噪声的可行性。通过对气动特性和辐射声信号的实验测量,结合内部流场的非稳态雷诺平均数值模拟,分析了这种蜗舌改造对贯流风机的整体特性和内部流动特征的影响,结果表明多孔蜗舌对贯流风机的压力-流量曲线作用并不明显,但对风机的噪声有着重要的影响,改变蜗舌迎风面的穿孔率可以有效地控制贯流风机的噪声。     

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。     

声学共振腔式蜗舌穿孔板厚度对离心式风机噪声的影响

本文用实验方法验证了离心式风机声学共振腔蜗舌穿孔板随着厚度的增加,其频声压级下降的幅值逐渐减小,当穿孔板厚度大于２ｍｍ时,声学共振腔蜗舌不起降低噪声作用,当穿孔板厚度小于２ｍｍ时,流量系数Ｑ和压力系数Ｐ比原机无声学共振腔式蜗舌时平均下降约４．４％和３．８７％,对风机气动力性能影响不明显。     

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。     

离心泵压力脉动的数值模拟及敏感性分析

针对离心泵内部非定常压力脉动特性,采用滑移网格技术和大涡模拟方法对离心泵内部非定常流动进行了数值模拟,获得了壳体内表面各测点的压力脉动频谱特性曲线。分析了蜗舌附近边界层网格尺度、采样时间和采样频率对蜗壳内壁面各测点压力脉动频谱特性的影响关系。结果表明:蜗舌附近测点压力脉动最大,叶频是压力脉动的主导频率;边界层网格尺度对蜗舌附近测点的压力脉动振幅影响较大,对远离蜗舌区域各测点的压力脉动振幅影响较小;采样时间和采样频率对于离心泵内压力脉动的频域特性有一定的影响作用。     

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.     

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。     

多翼离心风机气动噪声的数值分析

多翼离心风机叶片短、流道窄,叶轮出口流速分布不均,引起叶轮与蜗壳干涉作用加剧。本文探讨流场与声场非定常耦合机理,根据声类比理论分析其偶极子声源产生的气动噪声。利用直接边界元声学求解方法建立以蜗壳为界的内外声学模型,分析蜗壳对声传播的散射作用,内部噪声通过蜗壳的进出口传播到风机外部。结果表明:从监测点声压级频谱及A计权声压级分布观察,声压级分布在低频段呈宽频分布,在基频与其倍频处出现波峰并呈逐渐衰减趋势,说明该多翼离心风机气动噪声受叶片周期性旋转压力脉动影响较大。对比噪声测试结果,相对误差为2%以内,分析计算与试验相符。     

离心压气机级间压力测试研究

为获得离心压气机各元件静压分布,苇点开展了跨音速离心压气机级间静压测试研究,研究结果表明:(1)蜗舌未造成导风轮进口静压分布周向不均匀;(2)蜗舌导致了短叶片轮缘静压分布的周向不均匀性;(3)同一转速,跨音速高效工况周向静压分布并不均匀;(4)跨音速时,蜗壳沿流动方向总是减速扩压;(5)相同转速,扩压器静压提升变化很小(约3kPa),而叶轮静压提升变化很大(约13～50 kPa),叶轮静压提升的改变决定着特性线的陡峭程度。     

周向非均匀人流/出流条件下无叶扩压器敏感性分析

不稳定流动是高速离心压缩机内部流动的本质特征,其诱发机制往往受到关键结构参数与边界处流动条件的影响.本文以带有无叶扩压器的离心压缩机为研究对象,基于线性的全局稳定性理论,同时考虑涡黏性与分子黏性的作用,建立了基于无叶扩压器r-θ平面的二维稳定性分析方法,获得了流动失稳的直接全局模态;然后基于伴随方法获得了对应最不稳定特征值的伴随全局模态,结合直接与伴随模态构建了流场特征值的结构敏感性。最后考虑了射流-尾流流动结构,以及蜗壳非对称几何结构的影响,分别对周向非均匀入流/出流条件下的无叶扩压器流动进行了稳定性与敏感性分析。分析结果表明机匣侧出口回流对无叶扩压器全局稳定性具有关键作用;在无蜗壳时,射流-尾流结构对于全局稳定性的影响主要体现在失速团个数,而对失稳机理的影响较小;蜗壳的非对称结构导致流场重新分布,在距离蜗舌顺时针90°~135°位置出口壁面回流与入口回流相互作用,是诱发失稳扰动产生的主要因素。