離心風機旋轉失速演化過程的氣動噪聲特性(4)

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2.4 失速團三維演化過程的噪聲特性圖 7 為第 190 個旋轉周期時 ( 代表閥門開度為0.89 時從失速先兆演化為失速團過程中的某個狀態 )葉輪不同軸向截面的聲功率級分布云圖。由圖可知，葉輪出口處的聲功率級分布沿周向明顯呈不均勻分布，圖 7(a) 中葉輪出口存在兩個高噪區，高噪區沿徑向向葉輪流道內部發展，靠近蝸舌處的高噪區是葉輪出口的旋渦噪聲與蝸舌噪聲耦合的結果。圖 7(b) 中葉輪出口存在一個較大面積的高噪區，在圖 7(a) 中靠近蝸舌處的高噪區對應的兩個流道內聲功率級提高，且面積增大。圖 7(c) 中與前述兩個高噪區對應流道的葉片出口聲功率級增大，但高噪區面積較小。 3 個軸向截面分別與圖 6 相比，高噪區面積及聲功率級強度明顯增大，且高噪區沿徑向和軸向方向發展，目前沿軸向失速團的影響區域發展到 Z =38.5 截面， 此時為部分葉高失速。 除了高噪區所占據的幾個葉輪流道外，其他葉輪流道出口聲功率級減小，噪聲水平得到改善。圖 8 為第 210 個旋轉周期時 ( 代表閥門開度為0.89 時從失速先兆演化為失速團過程中的某個狀態 )葉輪不同軸向截面聲功率級分布云圖。由圖可知，圖 8(a) 、 8(b) 中存在一個高噪區，約占據 3 個葉輪流道，與圖 7(a) 、 7(b) 相比，高噪區的個數由兩個變為一個，且高噪區沿徑向向葉片進口方向繼續發展，高噪區面積增大。
圖 8(c) 中存在一個約占據兩個葉輪流道的高噪區，主要覆蓋在葉輪出口附近。以上分析說明高噪區的影響區域沿徑向、周向發展的同時，向軸向繼續發展，影響區域已經發展到Z =46 截面，聲功率級約為 80~95 dB ，已經發展為全葉高失速。其他葉輪流道內的聲功率級分布繼續改善，但此時 Z =31 截面葉輪流道出口仍然存在聲功率級較高的區域。圖 9 為第 230 個旋轉周期時 ( 代表閥門開度為0.89 時從失速先兆已經演化為失速團的狀態 ) 葉輪不同軸向截面聲功率級分布云圖。由圖可知，高噪區約占據 3 個葉輪流道，沿徑向繼續發展，其中兩個流道內部幾乎全部為黃色，且葉片壓力面的聲功率級較大。此時，徑向和軸向上高噪區已經完全覆蓋了這個 3 個葉輪流道。同時與圖 8 相比，高噪區沿周向上發生了旋轉。此時已經從失速先兆演化為成熟的失速團，高噪區經歷沿徑向、周向和軸向的全三維演化過程，成為一個約覆蓋 3 個葉輪流道的高噪區。由圖 5 可知，輪轂內部的聲功率級沿周向呈均勻分布，且沿軸向從 Z =31 截面到 Z =46 截面，輪轂附近聲功率級逐漸增大。比較圖 5 — 9 可知，隨著高噪區的三維演化過程，高噪區的影響范圍逐漸增大，導致輪轂附近聲功率級分布不再是規則的圓環形，高噪區附近的聲功率級水平提高，低噪區面積減小。
該聲功率級分布也可以從側面反映失速狀態下葉輪進口流場的變化情況。與圖 4 — 7 相比， 圖 8 中蝸舌附近的高噪區減小，聲功率級水平降低。這是由于失速發生后，一部分流道內部發生堵塞，流動惡化，而其他流道內部及出口處的流動得到改善，當這些流道通過蝸舌時，蝸舌噪聲降低。而當失速團占據的幾個葉輪流道通過蝸舌時，由于旋渦噪聲和蝸舌噪聲的疊加，會導致該區域的聲功率級水平明顯提高，如圖 9 所示。由以上分析可知，設計工況下，石家莊風機噪聲以蝸舌附近噪聲為主，隨著流量的減小，每個葉輪流道中出現了均勻分布的邊界層分離現象及分離渦，導致每個葉片出口附近的聲功率級增大；失速現象發生后，從失速先兆演化為失速團的過程中，高噪區發生了沿徑向、周向和軸向的三維遷移過程，高噪區從兩個變為一個，從部分葉高失速發展為全葉高失速，成為一個覆蓋 3 個葉輪流道的高噪區，其他葉輪流道中的聲功率較低且分布均勻。石家莊風機內部發生旋轉失速現象后，旋渦噪聲占主要部分，且高噪帶隨失速團沿周向旋轉，反映了旋轉失速現象對小流量工況下石家莊風機的噪聲具有重要的影響。當失速團產生后，高噪區主要是沿周向上的二維傳播，下面分析失速團沿周向傳播過程中高噪區的傳播規律。