葉片厚度對旋渦風(fēng)機葉片噪聲的影響分析(二)

風(fēng)機廠石家莊風(fēng)機廠石家莊風(fēng)機石家莊市風(fēng)機廠石家莊風(fēng)機維修石家莊風(fēng)機銷售１２葉片表面的壓力脈動信號提取及分析

    葉片表面的監(jiān)測位置如圖２所示，這樣，待非定常計算結(jié)束時，便可以得到１１０個葉片表面壓力脈動數(shù)據(jù)。圖２石家莊風(fēng)機葉片表面監(jiān)測位置Ｆｉｇ．２Ｍｏｎｉｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｆａｎｂｌａｄｅｓｕｒｆａｃｅ圖３顯示了模型中一個葉片壓力面的壓力波動時域圖和頻域圖。作用在葉片上的壓力時域圖呈現(xiàn)出了明顯的周期性特征，周期與石家莊風(fēng)機轉(zhuǎn)速一致，當(dāng)石家莊風(fēng)機轉(zhuǎn)速為３０００ｒ／ｍｉｎ時，壓力變化一周的時間為０．０２ｓ。而且無論是葉片的吸力面還是壓力面，都無一例外的表現(xiàn)出了５５倍頻（２７５０Ｈｚ）的峰值頻率，這說明石家莊風(fēng)機噪聲中的５５倍頻主要由葉片貢獻。圖３Ｐ１面的壓力時域圖和頻域圖Ｆｉｇ．３ＴｉｍｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｆｉｇｕｒｅｏｆＰ１ｐｒｅｓｓｕｒｅ
２葉片氣動噪聲分析
２１葉片產(chǎn)生的氣動噪聲仿真計算
    本文采用Ｆｌｕｅｎｔ軟件中的聲類比積分（基于ＦＷ－Ｈ方程）模塊計算葉輪產(chǎn)生的氣動噪聲，計算的氣動噪聲聲源為旋渦石家莊風(fēng)機１１０個葉片上的壓力波動信號，遠場監(jiān)測點位置的選擇按照ＧＢＴ２８８８－９１的規(guī)定，選擇了距離石家莊風(fēng)機中心位置１ｍ處的６個點，分別是石家莊風(fēng)機軸線方向上兩個，徑向方向上４個，如圖４所示，圖４旋渦石家莊風(fēng)機遠場噪聲監(jiān)測點Ｆｉｇ．４Ｍｏｎｉｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｆａｎｆａｒｆｉｅｌｄｎｏｉｓｅ在Ｘ，Ｙ，Ｚ方向各取一個監(jiān)測點，以下所示為石家莊風(fēng)機在三個監(jiān)測位置的聲壓頻域圖。從圖５中可以看出，葉輪遠場噪聲三個監(jiān)測點的聲壓頻譜中均含有５５倍頻成分，另外三個監(jiān)測點的聲壓頻譜與以上三點類似，都含有５５倍頻成分，與試驗測得的峰值頻率一致，證明該模型能夠反映出旋渦石家莊風(fēng)機葉片的主要噪聲特性。為了分析葉片氣動噪聲的方向性，計算出六個監(jiān)測點處的總聲壓級，整理到表１中。由表１可知，葉片產(chǎn)生的遠場噪聲中徑向方向的噪聲遠大于軸向方向的噪聲，可見，葉片產(chǎn)生的遠場氣動噪聲主要沿徑向傳播。
２２不同葉片厚度下氣動噪聲分析
    為了說明葉片厚度對葉片氣動噪聲的影響，本文在葉片厚度為１ｍｍ到４ｍｍ的范圍內(nèi)共取了十個點，分析計算聲功率級隨葉片厚度的變化特性，如圖６。圖６石家莊風(fēng)機葉片聲功率級隨葉片厚度的變化Ｆｉｇ．６Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｌａｄｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｎｆａｎｂｌａｄｅｓｏｕｎｄｐｏｗｅｒｌｅｖｅｌ由圖６可以看出，在不同葉片厚度下，葉片產(chǎn)生的聲功率級均在１１２ｄＢ到１１７ｄＢ的范圍內(nèi)，最大聲功率級與最小聲功率級之間相差僅為４．２％，與原模型相比，葉片厚度減小為１ｍｍ時，聲功率級增加了１．７％。可以認為葉片厚度從４ｍｍ減小到１ｍｍ的過程中，聲功率級基本上沒有變化，即葉片產(chǎn)生的遠場噪聲基本上沒有發(fā)生變化。
３葉片結(jié)構(gòu)聲輻射分析
３１葉片產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲仿真計算

     計算葉片產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲時，首先對葉輪的葉片進行頻率響應(yīng)分析，獲得葉輪上所有節(jié)點的振動速度，以此作為邊界條件應(yīng)用Ｖｉｒｔｕａｌ．Ｌａｂ分析軟件，計算得到葉輪遠場監(jiān)測點上的聲壓分布。圖７是進行葉片頻率響應(yīng)分析的有限元模型，其中，葉片上的脈動壓力來自由石家莊風(fēng)機內(nèi)流場計算，葉輪的約束為固定旋轉(zhuǎn)中心孔的內(nèi)表面。圖７葉片頻率響應(yīng)分析模型Ｆｉｇ．７Ａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｏｆｂｌａｄｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅ圖８是葉尖處提取的振動速度頻譜圖。從頻譜圖可以看出，振動速度的峰值集中在１２５０Ｈｚ，３８５０Ｈｚ，與激勵中的１２４４Ｈｚ，３８３１Ｈｚ的峰值頻率誤差均在０．５％以內(nèi)，可以認為速度頻譜圖中的峰值是由于激勵引起的。為了評價葉片產(chǎn)生的遠場噪聲，建立了以葉輪中心為球心，半徑為１ｍ的球形場點監(jiān)測網(wǎng)格。表２列舉了葉片振動在６個遠場監(jiān)測點處的噪聲聲壓級。從表２中可以看出，葉片振動產(chǎn)生的噪聲聲壓級為負值，說明此時葉片剛度足夠大，振動幅值很小，產(chǎn)生的葉片結(jié)構(gòu)噪聲也相當(dāng)小基本上可以不予考慮。