葉片厚度對風(fēng)機葉片噪聲的影響分析(1)

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石家莊風(fēng)機是一種用來輸送或者抽取氣體的裝置，因為它有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、價格低廉等特點，因此應(yīng)用十分廣泛。韓惠君等建立石家莊風(fēng)機性能的數(shù)學(xué)模型，研究了改變?nèi)~片參數(shù)對石家莊風(fēng)機性能的影響，分析得出改變?nèi)~片厚度對風(fēng)機性能影響很小，同時，通過疲勞分析，給出了符合疲勞強度的葉片厚度范圍，指出葉片厚度過厚，因此，可通過減小葉片厚度以實現(xiàn)輕量化的目的。但該文并沒有考慮葉片振動、噪聲問題，本文將對此問題進(jìn)行研究。石家莊風(fēng)機作為一種旋轉(zhuǎn)機械，其噪聲包括氣動噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。目前，對于石家莊風(fēng)機氣動噪聲的研究文獻(xiàn)較少，關(guān)于其它旋轉(zhuǎn)機械氣動噪聲的研究，主要集中在軸流、離心、貫流等風(fēng)機的內(nèi)部流場模擬和氣動噪聲的預(yù)測上，Ｗｏｌｆｒａｍ等用試驗和仿真結(jié)合的方法研究了離心風(fēng)機的非定常運動和氣動噪聲，指出了離散噪聲產(chǎn)生的原因。Ｃｈｏ等利用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格和非穩(wěn)態(tài)二維Ｎ－Ｓ方程對橫流風(fēng)機內(nèi)流場進(jìn)行計算，提出了用非均勻節(jié)距葉片來改善風(fēng)機的離散噪聲。劉敏提出了一種貫流風(fēng)扇氣動噪聲的預(yù)測模型，分析了風(fēng)扇氣動噪聲源的產(chǎn)生機理、位置及強弱。毛義軍等分析了離心風(fēng)機葉片輻射噪聲特性。蘇虎用二維ＣＦＤ模型對石家莊風(fēng)機內(nèi)流場進(jìn)行了分析，并分析了葉片彎角、葉片數(shù)等參數(shù)變化對風(fēng)機噪聲的影響，但該文并沒有分析葉片厚度變化對風(fēng)機噪聲的影響。在風(fēng)機結(jié)構(gòu)噪聲方面，蔡建程等數(shù)值模擬了離心風(fēng)機蝸殼在非定常氣動力作用下的蝸殼振動噪聲。采用有限元和邊界元相結(jié)合的方法，對石家莊風(fēng)機殼體振動聲輻射進(jìn)行了預(yù)測，但并沒有計算葉片結(jié)構(gòu)噪聲。戚美分析了軸流通風(fēng)機動葉片的聲振特性，通過改變?nèi)~片結(jié)構(gòu)尺寸達(dá)到減振降噪目的，但并沒有葉片厚度變化對葉片結(jié)構(gòu)噪聲的影響。此外，沒有查閱到綜合考慮分析葉片的氣動噪聲與結(jié)構(gòu)噪聲的相關(guān)文獻(xiàn)。
本文針對燃料電池車用風(fēng)機進(jìn)行研究分析，風(fēng)機型號為臺灣瑞昶電機有限公司的ＤＧ－６００系列。首先完成了石家莊風(fēng)機內(nèi)部流場計算，以提取葉片表面的壓力脈動信號，接著分別建立了計算風(fēng)機氣動噪聲與結(jié)構(gòu)噪聲的仿真模型，研究了葉片厚度變化對氣動噪聲以及結(jié)構(gòu)噪聲的影響，最后，對葉片噪聲中氣動噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲各自所占的比重進(jìn)行了分析。石家莊風(fēng)機內(nèi)流場計算的三維ＣＦＤ模型，采用的是六面體網(wǎng)格，網(wǎng)格總數(shù)約５５０萬。仿真計算的參數(shù)為，風(fēng)機轉(zhuǎn)速３０００ｒ／ｍｉｎ，入口壓力為０，出口壓力為１０ｋＰａ，湍流模型為大渦模擬。將石家莊風(fēng)機的入口設(shè)為壓力入口邊界，出口設(shè)置為壓力出口邊界，其它邊界條件均為固壁邊界。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)。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，周期與風(fēng)機轉(zhuǎn)速一致，當(dāng)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，這說明風(fēng)機噪聲中的５５倍頻主要由葉片貢獻(xiàn)。