低压轴流风机噪声的数值预估

　　1　前言

　　随着轴流风机在通风、空调、冷却设备和交通工具中的应用日益广泛,风机噪声日渐受到重视。但轴流风机噪声预估一直很困难。

　　目前,轴流风机噪声预估的模型主要有两个:一个是Fukano等在1977年提出的尾流脱落模型[1],认为噪声主是由叶片尾缘涡的脱落引起的升力脉动产生的,它可以较好地预测宽带噪声;另一个是叶片力模型[2],认为噪声的主要来源是作用于叶片上的力的脉动,它能够较好地预测离散噪声。

　　本文选用了Lee发展的尾流脱落模型[3]。在这个模型中,Lee主要修正了涡的强度和关联面积的计算方法,其中涡的强度是由边界层信息(包括边界厚度和动量厚度)来计算的。因此,叶片边界层信息是Lee模型计算噪声的关键。由于叶片旋转,很难用其它方法给出边界层的信息,在Lee模型中,叶片边界层的参数是用平板边界层来近似的,它不能很好地反映风机工作的实际情况。

　　本文采用轴流风机流场三维数值模拟的结果给出叶片边界层的信息,使之更符合实际情况。本文使用的风机流场三维数值模拟程序软件是清华大学流体声学实验室历经多年开发的,先后用于离心、轴流风机,取得了令人满意的效果。本文用来预估和实验的两个样机主要参数如表1所示。

　　下面首先简要介绍Lee尾流脱落模型的预估公式,然后讨论边界层参数对噪声的影响,并提出我们的修正方法,最后给出两个样机的预估结果和实验结果的比较分析。

　　2　Lee的预估公式^[2]

　　Lee提出的低压轴流风机噪声的总能量为:

　　式中B———叶片数

　　ρ———空气密度

　　a0———声速

　　K———尾数脱落涡的强度

　　V———相对叶片流速

　　Vi———对流速度

　　bx———常数,bx=0·19

　　bz———常数,bz=0·71

　　ω———角频率(即风机噪声角频率)

　　c———弦长

　　b、a———脱流涡的横向、纵向间距

　　d———叶片厚度

　　δu、δl———叶片尾缘上、下边界层厚度

　　θu、θl———叶片尾缘上、下边界层动量厚度

　　在叶轮设计和转速确定后,Lee公式中尚未能确定的只是叶片尾缘边界层参数,但对于旋转叶轮来说,它们很难确定,Lee建议采用平板边界层公式[4],即:

　　式中Rec———以c为特征长度的雷诺数