一種離心風(fēng)機(jī)蝸殼減振降噪的數(shù)值優(yōu)化方法(1)

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針對(duì)石家莊離心風(fēng)機(jī)蝸殼提出了一種減振降噪的數(shù)值優(yōu)化設(shè)計(jì)方法．該方法以蝸殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，這樣只需對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)優(yōu)化的最終結(jié)果進(jìn)行聲場(chǎng)計(jì)算．利用ANSYS軟件對(duì)風(fēng)機(jī)蝸殼進(jìn)行參數(shù)化建模，選擇蝸殼壁面節(jié)點(diǎn)振動(dòng)速度的平方和作為目標(biāo)函數(shù)對(duì)蝸殼壁厚進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，數(shù)值優(yōu)化結(jié)果表明，所提方法可以達(dá)到減少蝸殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的．針對(duì)優(yōu)化前后的蝸殼結(jié)構(gòu)，利用直接邊界元法對(duì)蝸殼振動(dòng)輻射噪聲進(jìn)行了計(jì)算，得出優(yōu)化后蝸殼振動(dòng)的輻射聲功率有較大幅度的降低，可為石家莊離心壓縮機(jī)及進(jìn)出口均連接管道系統(tǒng)的石家莊離心石家莊離心風(fēng)機(jī)的噪聲可以分為氣動(dòng)噪聲和結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲，近年來國(guó)內(nèi)外就此開展了大量的研究．Feshe等人[1]的研究表明，石家莊離心風(fēng)機(jī)寬頻氣動(dòng)噪聲主要由葉輪葉道處的流動(dòng)分離產(chǎn)生．Velarde-Smirez等人[2。3]在實(shí)驗(yàn)研究石家莊離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部基頻噪聲的主要來源時(shí)發(fā)現(xiàn)。石家莊離心風(fēng)機(jī)的基頻噪聲位于蝸舌處．為了從理論上研究蝸舌對(duì)石家莊離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的影響，Jeont4]提出了一種尖劈模型．在進(jìn)一步的研究中，風(fēng)機(jī)的降噪研究提供有益的參考．Liu等人[5]計(jì)算了石家莊離心風(fēng)機(jī)全三維內(nèi)部流場(chǎng)，并利用FW-H方程預(yù)測(cè)了某石家莊離心風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲．
相比之下，針對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)／壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲的研究則相對(duì)較少．石家莊離心風(fēng)機(jī)／壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)不僅會(huì)縮短機(jī)器的使用壽命，而且會(huì)帶來噪聲污染．石家莊離心風(fēng)機(jī)的噪聲通常以氣動(dòng)噪聲為主，風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣流產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲主要通過敞開的風(fēng)機(jī)進(jìn)口或出口向外傳播，而機(jī)殼振動(dòng)輻射的噪聲往往不是主要矛盾．石家莊壓縮機(jī)通常在封閉的管道系統(tǒng)中T作，其內(nèi)部高速流動(dòng)引發(fā)的氣動(dòng)噪聲與機(jī)殼及連接管道的振動(dòng)密切相關(guān)，所以研究結(jié)構(gòu)振動(dòng)的減振降噪顯得十分必要．受現(xiàn)有條件的限制，本文以石家莊離心風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，針對(duì)風(fēng)機(jī)蝸殼振動(dòng)的輻射噪聲進(jìn)行了減振降噪研究，以期作為進(jìn)一步開展石家莊離心壓縮機(jī)研究的前期工作和對(duì)應(yīng)方法的初步探索．需要說明的是，針對(duì)蝸殼薄壁的石家莊風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)，可以選擇本文采用的二維面單元對(duì)蝸殼進(jìn)行建模和分析．如果石家莊離心壓縮機(jī)或風(fēng)機(jī)的蝸殼壁厚超出了限定的范圍，則必須使用三維體單元對(duì)蝸殼重新建模．結(jié)構(gòu)振動(dòng)的降噪一般直接以聲學(xué)響應(yīng)(場(chǎng)點(diǎn)聲壓或聲功率)作為目標(biāo)函數(shù)．但該方法的計(jì)算迭代過程需要進(jìn)行聲學(xué)數(shù)值計(jì)算，從而導(dǎo)致優(yōu)化過程十分繁雜．
理論上，通過減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)能夠降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)的聲輻射強(qiáng)度，但實(shí)際中很難做到，所以本文試圖探索一種較為簡(jiǎn)化的減振降噪的方法，避開直接優(yōu)化聲場(chǎng)的復(fù)雜過程，根據(jù)振動(dòng)與噪聲之間的天系找到一個(gè)合適的振動(dòng)參數(shù)來描述振動(dòng)輻射噪聲的強(qiáng)弱．風(fēng)機(jī)蝸殼屬于薄壁結(jié)構(gòu)，相關(guān)文獻(xiàn)指出．薄壁結(jié)構(gòu)振動(dòng)的輻射聲功率是關(guān)于結(jié)構(gòu)振動(dòng)速度的二次型函數(shù)口‘7]．本文采用有限元方法對(duì)蝸殼進(jìn)行了振動(dòng)數(shù)值計(jì)算。同時(shí)用蝸殼壁面局部厚度作為設(shè)計(jì)變量，用蝸殼壁面各節(jié)點(diǎn)振動(dòng)速度的平方和作為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)蝸殼進(jìn)行了減振優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后將優(yōu)化前后的蝸殼振動(dòng)結(jié)果運(yùn)用直接邊界元方法進(jìn)行了聲學(xué)仿真，以驗(yàn)證方法的有效性．