贯流风机气动噪声机理及降噪机理研究

　　一、引言

　　贯流风机的气动噪声主要有旋转噪声和宽频噪声,旋转噪声的特点是频率离散,基频等于叶片数和旋转频率的乘积,宽频噪声的特点是频率较宽,为连续频谱噪声。贯流风机的基频(通过频率)上的噪声强度往往很大,形成噪声频谱图上的尖峰点[1],在同样强度的情况下,离散噪声比宽频噪声对人体更加有害。因此,有效地降低离散频率噪声,就能很好改善空调噪声对人的不利影响。

　　二、旋转气动噪声来源

　　气动噪声来源于流动空气产生的噪声,研究其机理的一门独立学科是气动声学。1952年采用声类比法莱特希尔提出了气动声学的Lighthill方程,奠定了气动声学研究的基础。运用Lighthill方程[2],可以研究无固体边界的非定常流发声问题,随后,为了能够研究在直升机旋翼,飞机螺旋桨这种具有固体边界影响场合的气动声学问题,柯尔[3],福茨-威廉姆斯和霍金斯[4]等人推广了这个理论。最后被广泛应用于螺旋桨噪声和直升机旋翼噪声分析研究的FW-H方程如下:

　　式中p———空气压强

　　c———空气中声音传播的速度

　　t———时间变量

　　xi,i=1,2,3———笛卡尔坐标系

　　ρ0———定常空气密度

　　ρ———扰动空气密度

　　ρ′———空气密度扰动量ρ′=ρ-ρ0

　　η———空气粘滞系数

　　F———F(x,t),物体表面方程

　　δ(F)———迪拉克广义函数

　　从方程右边分析可以得出气动噪声的不同起因。第一种噪声为单极子噪声源(第一项),为桨叶划过空间产生的质量脉动源;第二种噪声为偶极子噪声源(第二项),即外力散度源;第三种为包含了流体内部的非线性、湍流、粘性及热传导等复杂因素的影响的四极子噪声源(第三项)。航空方面的大量应用和实验表明,在亚声速情况下四极子声源和单极子声源都不是噪声的主要成分,因此方程右边就可以只考虑偶极子噪声源。应用到贯流风机叶片上,偶极子噪声就是指叶片上的脉动压力了。

　　不同特性的脉动压力产生不同性质的噪声,一般认为产生旋转噪声的压力源有两个:

　　(1)当叶轮在自由空间旋转时,叶片作为一种翼型体扫过邻近位置上的空气,叶片承受空气的升力和阻力,由于力的相互性,气体介质受到叶片作用,产生周期性压力场而发声;

　　(2)叶片尾流的作用产生另一种旋转噪声:当气流流过叶片时,在叶片尾源处,吸力边与压力边的附面层汇合形成尾迹区。在尾迹区内,气流的压力与速度都大大低于主气流区。当工作轮旋转时,叶片出口区内气流具有很大的不均匀性。这种不均匀性的势流场周期性地作用于周围障碍物,就象抚动琴弦一样使物体产生噪声。例如:当动叶与蜗舌间的间距过小时,动叶尾流扫过蜗舌就会产生脉动力,从而产生旋转噪声(如图1)。