不等距叶轮贯流风机的噪声分析

　　贯流式风机(又称横流式或线流式风机)是1892年德国工程师Mortier首先提出的,与离心式和轴流式风机相比,贯流式风机因气流在叶轮内被强制折转,故压头损失较大、效率较低,使其在工业生产高压通风场合中的应用受到限制;然而,贯流式风机因结构较简单,体积较小,吹出的风平直而均匀,在家用电器、激光仪器等低压通风换气场合中得到广泛应用,例如家用分体式空调器室内机的送风装置几乎都采用贯流式风机。为了提高家用空调器的质量,研究各种有效的降噪措施受到普遍的关注。

　　1　贯流式风机气动噪声分析

　　噪声是由随时间变化的不规则压力脉动造成的。空间任一位置r处的压力p(r,t)可表示为

　　式中p(r)为压力的时间平均值,p′为脉动压力。显然,噪声特性仅与p′有关。脉动压力的强度用均方根脉动压力σ(r)来度量。实验测得的σ值为

　　其中n为测量次数。由于非定常脉动现象的多样性和复杂性,关于脉动压力的研究尚处于不成熟的阶段,因此,至今预测脉动噪声特性还只有以实验为基础的经验方法和半经验方法。

　　各种类型的风机在工作时都会产生机械噪声和气动噪声,这些是不可避免的。就风机的气动噪声而言,又可以分为湍流(或涡流)噪声和旋转噪声。

　　图1是分体式空调器室内机中贯流式风机的结构简图。来自蒸发器的气流进入贯流风机,经贯流叶轮对气流加压后从排气口流出,气流在贯流风机加压过程中产生的气动噪声与气体的流动状态有直接关系,其中湍流噪声是由涡流诱发产生的,贯流风机湍流噪声形成的原因包括:①沿不同流线的气流,预旋系数各不相同,因而对叶片而言,攻角的变化范围很大,在叶轮内被强制折转时也是如此,由此引起叶片前缘处的干扰噪声。②叶片表面边界层充分发展后形成附着湍流边界层引起的噪声。③叶片表面边界层分离,因分离点的不稳定性引起的分离流噪声。④空调器工况发生变化(如由强冷变到弱冷),或由于环境条件变化,使蒸发器结霜程度发生改变,气流通过蒸发器的阻力也改变,由此产生因贯流风机来流变化造成的干扰噪声。由大量实验得到的不可压缩附着湍流边界层的无量纲均方根脉动压力为[1]

　　式中q∞=1/2ρv²为动压头。以上经验公式表明,风机的湍流噪声与动压头成正比。风机的流量增大,相应的动压头也增大,湍流噪声也增强。这种湍流噪声的频率特性是宽频带低幅连续噪声。降低湍流噪声是贯流风机叶片、叶轮和机壳设计中必须考虑的问题,应做到在设计工况下,叶片上尽可能保持层流流态并且不出现或少出现边界层分离。