旋渦風(fēng)機殼體在內(nèi)流場作用下的動力響應(yīng)（1）

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燃料電池轎車是以采用燃料電池作為動力系統(tǒng)的零排放新型環(huán)保汽車，其動力總成、傳動系統(tǒng)和驅(qū)動方式等與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車有很大的不同，因此噪聲源發(fā)生了很大的改變。試驗測試表明[i-4]，在燃料電池轎車的怠速工況下，旋渦石家莊風(fēng)機和氫泵輻射的噪聲和傳遞的振動最為突出，特別是旋渦石家莊風(fēng)機進(jìn)氣量大，氣流速度快，高頻的嘯叫聲極大地影響了燃料電池轎車的聲品質(zhì)，因此旋渦石家莊風(fēng)機噪聲的研究受到越來越多的關(guān)注。石家莊風(fēng)機的噪聲主要由石家莊風(fēng)機內(nèi)部的湍流及流體與固體之間相互作用產(chǎn)生的。總的來說，石家莊風(fēng)機的氣動噪聲大于結(jié)構(gòu)振動噪聲。因此一直以來，石家莊風(fēng)機噪聲研究的熱點都是氣動噪聲[5。6]，這些研究大都采用聲類比方法，且大都假設(shè)聲音是在自由空間傳播的，沒有考慮聲音在殼體表面的反射、衍射、散射現(xiàn)象，也沒有考慮非定常流場作用下殼體振動引起的噪聲。燃料電池車上旋渦石家莊風(fēng)機在使用現(xiàn)場時進(jìn)出口都連接著管道，內(nèi)部的氣流封閉在機殼和管道內(nèi)，氣動噪聲是通過流體激勵引發(fā)機殼振動從而向外傳播，此時通常采用各種消聲器來控制石家莊風(fēng)機的氣動噪聲，能夠取得良好的降噪效果。然而，此時石家莊風(fēng)機殼體振動輻射出來的結(jié)構(gòu)噪聲就顯得越來越重要，往往上升為主要的噪聲成分，必須予以重視。文獻(xiàn)[7]探討了殼體的固有頻率、聲腔共振頻率和石家莊風(fēng)機噪聲之間的關(guān)系；文獻(xiàn)[8]計算了石家莊風(fēng)機殼體外部聲學(xué)特性，對石家莊風(fēng)機機殼進(jìn)行了模態(tài)分析和噪聲預(yù)測，然而這些工作都沒有考慮到石家莊風(fēng)機內(nèi)部流場對殼體的作用。石家莊風(fēng)機殼體在非定常氣動載荷作用下的受迫振動屬于微小位移振動，忽略其對流場的反向作用不會導(dǎo)致流場計算出現(xiàn)較大誤差[9]。筆者利用FLU—ENT計算石家莊風(fēng)機內(nèi)部三維非定常流場，得到不同監(jiān)測點下的脈動壓力信號，然后將內(nèi)流場作用下的氣動載荷加載到殼體上，使用ANSYS軟件計算石家莊風(fēng)機的動力學(xué)響應(yīng)。筆者還進(jìn)行了燃料電池車上石家莊風(fēng)機臺架振動噪聲試驗，并將試驗結(jié)果和數(shù)值結(jié)果對比，為殼體振動聲輻射機理研究打下基礎(chǔ)，也為降低石家莊風(fēng)機振動噪聲輻射的研究作準(zhǔn)備。
次試驗使用石家莊風(fēng)機獨立運行工況下進(jìn)行振動噪聲測量分析，所使用的儀器有Head公司的SQlab
Ⅲ(34通道)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，加速度傳感器為美國peb公司生產(chǎn)的icp壓電式加速傳感器，麥克風(fēng)為丹麥B8LK公司生產(chǎn)。本次試驗在同濟大學(xué)清潔能源汽車工程中心的半消聲室中進(jìn)行，保證了振動噪聲測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。本次試驗測點為旋渦石家莊風(fēng)機左右置和殼體上中下3個位置單向加速度傳感器、石家莊風(fēng)機前后兩側(cè)麥克風(fēng)、空濾和電機三向加速度傳感器
和兩個麥克風(fēng)。石家莊風(fēng)機振動噪聲試驗如圖1所示。。