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离心风机的瞬态计算方法采用第二章所述的稳态计算方法。计算结果收敛后,将收敛结果作为瞬态计算的初始值。湍流模型仍然是sstk_uuu。采用隐式分离法求解离散方程。考虑到计算的准确性和机器时间的消耗,后一个网格的数量是根据案例2的数量计算的。鼓风机的压力修正采用简单算法进行。对流项采用二阶迎风格式离散,扩散项采用二阶中心格式离散,时间项采用二阶隐式格式离散。时间步长由公式确定。离心风机空气动力噪声的计算离心风机运行时产生的噪声主要包括机械噪声、电磁噪声和空气动力噪声。离心风机的内部是复杂的三维非定常涡噪声。复杂流场结构与气动噪声的相关性是气动噪声研究中的一个难题。
为了了解三维流场结构对气动噪声的影响,在气动噪声预测中,采用条带理论方法确定叶片表面的气动参数。近年来,风机流场结构的研究取得了很大进展。在风机气动噪声预测中,建立了相应的物理模型和数学模型,介绍了复杂流场的数值模拟技术,进行了考虑三维流场的气动噪声预测计算,研究了流场结构对鼓风机气动噪声的影响。讨论了如何有效地控制风机内部流量,降低风机噪声。本文采用N-S方程和SSTK-U湍流模型计算了鼓风机在不同工况下的稳态,并根据公式计算了设计工况下离心风机的压力、轴功率和效率。鼓风机采用多耦合仿生设计和数值计算方法,研究了仿生叶片的降噪机理。结果表明,仿生叶片的锯齿后缘结构可以有效地改变叶片后缘脱落涡的结构和频率,从而减小叶片表面的压力波动和气流对叶片前缘的影响,使A计权声压级提高。风机的EL可降低2.1db。Seung-heo等人[64]将叶片的线性后缘改为S形后缘,结果表明,S型后缘叶片能有效地降低空调风机的噪声,使鼓风机噪声降低到2.2dB左右。当S型后缘角为5度,叶片倾角适当增大时,可有效降低空调风机噪声。
鼓风机在大流量区计算值比实测值偏高,小流量区计算值比实测值偏低,但是整体上计算结果与实测结果基本吻合。由效率曲线图可知,大流量区计算结果比实测结果偏高,小流量区计算结果比实测结果偏低,说明计算结果与实测结果吻合。能够看出在延伸短叶片后,改善计划一的风机短叶片吸力面的两个旋涡消失,叶片邻近的别离区显着的减小,但改善计划一的长叶片吸力面依然存在较大的别离区,因此风机的全体功率进步并不太显着。通过实验值与计算值的对比,CFX 软件的数值模拟结果与实测结果一致,由此验证了采用CFX 软件对带进气箱的离心风机的数值模拟是可靠的。
试验噪声分析
离心风机的噪声按照流体动力声源的发声机制,分为三类:1)单极子,2)偶极子,3)四极子,风机正常工作状态下产生的噪声主要来源于偶极子源。根据GB/T2888-2008《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法标准》对有无进气箱离心风机的噪声进行测试。边界及初始条件1)集热器入口设为入口边界,叶轮出口设为出口边界,叶轮前盘、后盘和叶片的实体壁设为实体壁,转轮边界面与下一周期转轮边界面之间的连接设为PE。试验地点:浙江上风高科专风实业有限公司CNAS 检测中心;采用声级计对风机出口处的噪声进行测试,测试方式及仪器。测量时,除地面外无其他的反射条件,测点位置D 距地面的高度与风机出口中心持平,水平方向上与出气口轴线成45° ,距离出气口中心L=1m。
鼓风机的噪声在小流量区,带进气箱的离心风机噪声低于不带进气箱,随着流量的增加,带进气箱的风机噪声显著提高,在大流量区,明显的高于不带进气箱的噪声。
消声蜗壳对鼓风机气动性能的影响原风机与不同消声组合试验所得的气动性能对比如图3 所示。试验结果表明: 由于穿孔板相对于光滑的铝板有着较高的壁面摩擦阻力,导致加装穿孔板后的风机压力和效率在整个测试工况范围内都有不同程度的降低。改造后,对两台鼓风机进行性能评价试验,包括全负荷风机数据试验、改造前后数据试验和风机较大出力试验数据,如下所示。4种消声组合方式的压力损失并不相同,当额定转速为3 800 r /min,在设计工况下,A 组合改进风机全压降低了约16.0 Pa,效率下降了约1.28%; B 组合改进风机全压降低了约5.0 Pa,鼓风机效率下降了约0.9%; C 组合改进风机全压降低了约36.8 Pa,效率下降了约3.18%; D 组合改进风机全压降低了约45.8 Pa,效率下降了约3.28%。
主要由于安装穿孔板的面积不同,导致不同消声组合方式的摩擦损失不同。B 组合即只在风机后盖板上安装穿孔板,风机压力损失小。不同工况下,风机压力和效率损失也不相同,在设计工况及偏大流量工况下,鼓风机压力和效率损失较大,效率也同步降低。当离心风机叶轮的转速与电机相同时,大型风机可以通过联轴器将风机叶轮与电机直接联接,称为D传动。主要原因是大流量工况下,蜗壳内部气流速度较高,气流与穿孔板之间的摩擦损失增加。消声蜗壳为A 组合形式时与原风机的出口A声级随流量变化的对比图。可以看出,不同工况下,A 型消声蜗壳的降噪效果不同,鼓风机在额定工况点附近,降噪效果好; 在大流量工况下,降噪效果变差,这主要因为大流量情况下,蜗壳内气体流速较大,而气体流速对吸声材料的吸声效果影响很大; 在小流量工况下,风机流动恶化,风机振动较大,导致振动噪声很大以致降噪效果反而变差。与原风机相比,在额定工况点A 声级降低约4.5 dB( A) ,在大流量工况下,A 声级降低约3.6 dB( A) ,在小流量工况下,A 声级降低约1.9 dB( A) 。
