前置导叶对横流风机性能及气动噪声的影响

在横流风机叶轮前加前置导叶(IGV)可以改善横流风机的进口流场,减少叶片上的流动分离,进而降低横流风机的功率。采用非结构化网格RNGκ-ε两方程模型,分别对不加IGV、加IGV1,以及IGV2的横流风机内部流场进行数值模拟,并对三种情况进行气动性能及噪声试验。数值模拟和试验结果表明在加不同IGV以后,横流风机的噪声增大,但是功率在加IGV2后出现了一定的降低。     

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.     

贯流风机变斜式叶轮和常规直叶轮的对比研究

本文对贯流风机变斜式叶轮和常规直叶轮进行了三维数值模拟和实验研究。结果表明贯流风机内部偏心涡的位置沿轴向具有明显的三维分布特征,两者偏心涡的圆周位置沿轴向不断变化,而直叶轮偏心涡的径向位置沿轴向的分布几乎没有变化。变斜式叶轮中偏心涡的位置更加靠近叶轮内圆周和风机的蜗舌。采用变斜式叶轮可以降低叶片通过频率噪声并改善音质。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。     

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。     

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。     

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。     

静子尾缘喷气后尾迹与动叶干涉噪声研究

尾缘喷气技术已经广泛地用于航空发动机和多级压缩机等领域,用以降低动静叶片间的相互干涉作用以提高透平机械的气动性能,并降低动静干涉噪声.本文对尾缘喷气用于低压轴流风机进行了详细的研究,对轴流风机的上游静叶实施尾缘喷气,通过实验测量,尾缘喷气使静叶尾迹达到无动量亏损尾迹状态能够降低风机噪声,文章还提出了基于CFD数值模拟的尾迹与动叶相互干涉的噪声预测模型,预测结果和实验结果比较接近.     

离心式叶轮机匣处理的整周非定常数值分析

针对不带机匣、带周向机匣和带轴向机匣的三种类型的Krain叶轮进行了整周非定常数值计算,通过使用"交错叶片"和"下游变面积喷嘴"的方法来模拟小流量工况下叶轮的非稳定流场特性。数值计算结果表明,"交错叶片"和"下游变面积喷嘴"的方法并不一定能触发离心式叶轮中的旋转失速涡团,流场参数的非定常脉动频率主要是叶片扫掠频率的N次谐波。周向机匣处理可以有效的减小叶轮上游流场的脉动幅度,而轴向机匣的减小程度很微弱。机匣中的流体主要在前缘面附近返回到叶轮主流道,这是机匣处理扩大叶轮失速裕度的一个原因。     

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。     

正弦锯齿尾缘对轴流风机尾迹及气动性能的影响

轴流风机尾缘涡脱落是产生噪声的重要因素,为改善尾迹流动来降低风机噪声,通过在轴流风机尾缘添加一种正弦形锯齿结构,采用定常及非定常数值模拟的手段结合实验验证的方式,分析其对轴流风机尾迹和气动性能的影响。研究结果显示,正弦锯齿结构削弱了叶片尾缘做功能力,使得风机全压降低,但提升了中小流量工况下风机效率;并能减弱叶片中部以下位置的尾迹强度,且对尾迹的抑制作用从叶片部底到中部逐渐减弱;以增加转速的方式补偿锯齿结构引起的压损,对原型风机和提升转速后的尾缘锯齿结构风机在设计流量点进行噪声数值预测分析,结果显示低频段噪声比原型机有明显改善,表明这种尾缘正弦形锯齿结构一定程度上是一种抑制轴流风机低频噪声的有效途径。     

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。     

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.     

风机封闭系统内噪声模拟分析

风机系统工作时的一个突出问题是其进风口和出风口产生的噪声。由于风机流场非常复杂,以及实验成本、实验条件限制,基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）的理论逐渐成为风机噪声估计的重要方法。本文拟通过对由风机及其冷却系统构成的封闭系统进行数值建模和仿真,判断出风机主要气动噪声源的位置和种类,为处于封闭系统内的风机的噪声大小预测,提供一个可供参考的信息。结果表明：风机出口腔体内部非定常压力波动强度最大。     

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.     

基于涡声理论的低速轴流风机气动噪声研究

采用PIV和CFD对不同安装角低速轴流风机流场进行对比研究,结合低速等熵流动的涡声理论分析风机内部流场与噪声辐射关联,在此基础上计算风机气动噪声.研究表明,低速等熵流动的气动噪声主要源于流场中涡系的拉伸与破裂.均匀进气情况下低速轴流风机的主要气动噪声源为叶片尾缘涡脱落噪声和叶尖涡噪声,其中前者强度明显大于后者.在此基础上,应用基于CFD的涡脱落噪声预测模型对风机气动噪声预测结果与实验吻合较好.     

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。     

风力机叶片三维速度场PIV测量及数值模拟研究

采用PIV测速技术,对水平轴风力机在尖速比为7.0的轴流工况进行风洞测量,获得不同叶高处翼型截面的高保真三维速度场;同时,采用OpenFOAM对风力机该工况进行数值模拟,实验结果验证数值模拟的准确性。结果表明对于轴向、切向和径向速度,CFD与实验测量有较好的一致性;对比了叶素动量理论、无黏面元法和CFD等气动模型对叶片载荷的预测结果,并与从PIV速度场推导出的气动力进行比较。结果显示CFD比BEM和面元法更准确地预测叶片载荷,BEM和面元法因为叶尖损失模型和无黏假设等原因对叶尖处载荷预测失效。     

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。     

分体空调室内机的双流体数值模拟

本文采用Navier-Stokes方程和标准k-ε两方程,对分体空调室内机(包括换热器和横流风机)整体系统,以水蒸汽和干空气两种气体为介质,进行了等温流动和实际工况流动的双流体三维数值模拟和研究.两种气体在叶轮的进口面上不均匀分布,叶轮轴向的压强和速度分布存在强度和位置的差异.采用密度干扰方法对水蒸汽的凝结参数近似处理,给出了水蒸汽体积分数和湍流强度在换热器域的分布、混合物温度分布等内流特性.与实验结果相比,双流体模拟的工作点外特性匹配较好.同时,对蜗舌间隙参数变化对性能的影响做了说明.