專利名稱：降低多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種噪聲控制技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種降低多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)機(jī)的噪聲控制研究是涉及聲學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科。如何把空氣動(dòng)力噪聲用最合理的措施減少到允許程度，就需要詳細(xì)地研究風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力噪聲的分類、機(jī)理以及如何控制風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力噪聲。離心風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)于一定噪聲、全壓、風(fēng)量要求的風(fēng)機(jī)，葉輪設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)諸如葉片出口安裝角、葉片進(jìn)口安裝角、外徑、內(nèi)徑、葉片數(shù)等幾何參數(shù)的確定有太大的隨意性，缺乏科學(xué)準(zhǔn)確性；而對(duì)于所匹配的蝸殼進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)不僅所提出的假設(shè)前提與實(shí)際的蝸殼流動(dòng)狀況有很大出入，在確定蝸殼寬度、張開度等參數(shù)時(shí)同樣也有很大的隨意性，其結(jié)果必定是對(duì)于一定噪聲、全壓、風(fēng)量性能要求的風(fēng)機(jī)可能有很多個(gè)不同的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于不同的設(shè)計(jì)者尤其是初始設(shè)計(jì)者，要確定一個(gè)最好的方案是很困難的，往往必須做大量的模型對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行篩選，導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)，成本高，而產(chǎn)品的質(zhì)量卻不一定能保證能達(dá)到優(yōu)化。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00610016773，發(fā)明名稱為一種降低軸流風(fēng)機(jī)噪音的方法，該專利涉及一種對(duì)軸流風(fēng)機(jī)噪音進(jìn)行控制的方法，根據(jù)噪聲控制理論和實(shí)驗(yàn)測(cè)試降低軸流風(fēng)機(jī)的噪音，但由于該方法只針對(duì)用于較大型設(shè)備的軸流風(fēng)機(jī)降噪，所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)于廣泛應(yīng)用于空調(diào)器、吸排油煙機(jī)等小型通風(fēng)設(shè)備的多翼離心風(fēng)機(jī)的降噪。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)方法的缺陷，縮短開發(fā)周期，以及減少開發(fā)經(jīng)費(fèi)，提供一種降低多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的方法。使其取代傳統(tǒng)的方法，在保證風(fēng)機(jī)性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的降低。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明具體步驟如下①對(duì)模型風(fēng)機(jī)運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬建模仿真，確定如下模型參數(shù)以便建模葉輪外徑D2，輪徑比D1/D2，葉片中點(diǎn)切線與葉輪中心的夾角θ，進(jìn)口安裝角β1，出口安裝角β2，葉片均為單圓弧厚度直葉片，葉片厚度1，葉片圓弧半徑D，分析模擬的風(fēng)機(jī)速度流場(chǎng)和壓力場(chǎng)，當(dāng)蝸舌半徑、蝸舌間隙及蝸殼曲線改變1％時(shí)，其對(duì)應(yīng)的蝸舌和蝸殼的速度場(chǎng)與壓力場(chǎng)中的等速度線與等壓力線所對(duì)應(yīng)的數(shù)值變化量超過其它區(qū)域的30％，則確定其為導(dǎo)致風(fēng)機(jī)流場(chǎng)惡化、噪聲過大的結(jié)構(gòu)因素，即確定蝸舌半徑、蝸舌間隙及蝸殼曲線是影響風(fēng)機(jī)速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和噪聲的結(jié)構(gòu)因素；②在①中的結(jié)構(gòu)因素初步確定以后，按照傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)理論設(shè)計(jì)方法進(jìn)一步確定低噪風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的范圍以便在③的參數(shù)優(yōu)選過程中縮小參數(shù)范圍、簡(jiǎn)化計(jì)算，蝸舌曲率半徑r/R在0.02到0.08范圍內(nèi)，蝸舌與葉輪相對(duì)間隙δ/R在0.03到0.1范圍內(nèi)，D1/D2在0.8至0.95之間，葉片數(shù)趨向于60片上下，b/D2在0.314至0.683之間，出口安裝角β2在150°至163°范圍內(nèi)，進(jìn)口安裝角β1取60°或90°；③建立風(fēng)機(jī)以噪聲和效率為目標(biāo)的多目標(biāo)約束函數(shù)minfmut=(fη-η*)2-(fL-LL*)2,]]>根據(jù)②中確立的結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍規(guī)定約束條件，將約束條件中的初始點(diǎn)D1/D2、b/D2、β2、δ/R、r/R代入所建立的函數(shù)方程，并利用工程復(fù)合形法進(jìn)行迭代計(jì)算、得出風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)D1/D2、b/D2、n、β1、β2、δ/R、r/R；④將③中得到的多組優(yōu)化參數(shù)正交排列組合，確定多種方案，對(duì)每一種方案利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，并通過列主元素分析方法確定對(duì)風(fēng)機(jī)性能影響最大的截面，以風(fēng)機(jī)噪聲和性能為參考依據(jù)，得到噪聲最低、風(fēng)機(jī)壓頭最大的優(yōu)化方案，即最終的設(shè)計(jì)方案關(guān)于D1/D2、b/D2、n、β1、β2、δ/R、r/R的一組數(shù)值；⑤對(duì)葉輪和蝸殼不同心與同心兩種情況分別進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，比較模擬的風(fēng)機(jī)噪聲場(chǎng)，采用葉輪和蝸殼同心時(shí)的平均噪聲要比不同心的情況低2％以上。
按照④⑤中確定的參數(shù)加工風(fēng)機(jī)，經(jīng)管口法測(cè)定設(shè)計(jì)出的風(fēng)機(jī)噪聲與其同類的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品相比較，噪聲降幅在10％以上。
所述的運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬建模仿真，是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)模型風(fēng)機(jī)進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬仿真，計(jì)算采用選取標(biāo)準(zhǔn)k-ε兩方程湍流模型，壁面附近采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的混合網(wǎng)格。在進(jìn)行二維計(jì)算時(shí)，計(jì)算區(qū)域取與葉輪回轉(zhuǎn)軸垂直的徑向面，網(wǎng)格劃分時(shí)，對(duì)形狀比較規(guī)則的進(jìn)風(fēng)部分用四邊形網(wǎng)格，葉輪部分用三角形網(wǎng)格；蝸殼部分用四邊形網(wǎng)格。定義葉輪區(qū)域?yàn)樾D(zhuǎn)區(qū)，采用多重旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；其余區(qū)域?yàn)殪o止區(qū)，采用靜止坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于蝸殼后蓋板中心，z軸指向進(jìn)風(fēng)口；葉片表面、后盤外表面為旋轉(zhuǎn)壁面，旋轉(zhuǎn)壁面與靜止壁面滿足無(wú)滑移條件；風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口的進(jìn)口截面及蝸殼的出口截面分別為計(jì)算域流體的進(jìn)口與出口，進(jìn)口給定壓力邊界條件，出口給定負(fù)進(jìn)口速度邊界條件，速度大小由風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量與出口截面面積計(jì)算求出。對(duì)不同工況計(jì)算時(shí)，以初始工況的計(jì)算結(jié)果作為下一工況的流場(chǎng)初始值進(jìn)行初始化。
所述的按照傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)理論設(shè)計(jì)方法確定低噪風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的范圍，是指運(yùn)用氣動(dòng)聲學(xué)對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行理論分析，縮小其優(yōu)化參數(shù)的范圍。隨著蝸舌間隙δ和蝸舌半徑r的增大，尾流衰減，噪聲將降低。由離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)噪聲聲功率表達(dá)式，通過變參數(shù)法計(jì)算出風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)基頻聲功率隨蝸舌曲率半徑r/R、蝸舌與葉輪相對(duì)間隙δ/R的變化情況。蝸舌曲率半徑r/R在一定數(shù)值之間風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)基頻聲功率變化較大，而當(dāng)蝸舌與葉輪相對(duì)間隙δ/R也會(huì)在一定數(shù)值之間聲功率有較大降低。但是蝸舌曲率半徑和相對(duì)間隙過大會(huì)導(dǎo)致機(jī)殼尺寸增大，風(fēng)機(jī)流量減小。多冀離心風(fēng)機(jī)蝸殼型線也是影響這些指標(biāo)的主要因素之一，對(duì)它進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)將有助于提高風(fēng)機(jī)的整體性能。借助螺旋線方程，擬合最佳的蝸殼曲線。
所述的建立風(fēng)機(jī)以噪聲和效率為目標(biāo)的多目標(biāo)約束函數(shù)，是指根據(jù)風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和氣動(dòng)聲學(xué)分析，確定多翼離心風(fēng)機(jī)以噪聲和效率為目標(biāo)的函數(shù)
1)以風(fēng)機(jī)效率為目標(biāo)的優(yōu)化模型minfη＝-η(D1/D2，b/D2，n，β1，β2)2)以風(fēng)機(jī)噪聲為目標(biāo)的優(yōu)化模型minfL＝LA(D1/D2，b/D2，n，β1，β2，δ/R，r/R，Y/N)3)風(fēng)機(jī)效率和噪聲都考慮的多目標(biāo)優(yōu)化模型minfmut=(fη-η*)2-(fL-LA*)2]]>式中Y/N——是否采用阿基米德螺旋線；η——風(fēng)機(jī)效率值；LA——風(fēng)機(jī)噪聲值；η*——效率最優(yōu)值；LA*——噪聲最優(yōu)值；D1——葉輪內(nèi)徑，mm；D2——葉輪外徑，mm；β1——出口安裝角，°；β2——進(jìn)口安裝角，°；n——風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；r——蝸舌半徑，mm；b——葉片寬度，mm；δ——蝸舌間隙，mm；R——蝸殼半徑，mm；fη——以風(fēng)機(jī)效率為目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù)；fL——以風(fēng)機(jī)噪聲為目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù)；fmut——風(fēng)機(jī)效率和噪聲都考慮的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)。
所述的將得到的優(yōu)化參數(shù)正交組合，確定多種方案，是指經(jīng)迭代計(jì)算后的風(fēng)機(jī)參數(shù)可能不只一組，為了得到較優(yōu)的參數(shù)以降低風(fēng)機(jī)的整體噪聲，需要對(duì)計(jì)算得出的優(yōu)化參數(shù)即出口安裝角、蝸舌曲率半徑、蝸殼曲線等按照正交實(shí)驗(yàn)的方法，進(jìn)行組合。
所述的對(duì)風(fēng)機(jī)的其它主要構(gòu)件進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，是指對(duì)影響風(fēng)機(jī)噪聲的重要部件進(jìn)行仿真優(yōu)化。葉輪和蝸殼不同心的情況會(huì)使風(fēng)機(jī)的重心發(fā)生改變，可能會(huì)影響到風(fēng)機(jī)的振動(dòng)噪聲。經(jīng)數(shù)值模擬仿真分析偏心對(duì)風(fēng)機(jī)性能和噪聲方面的影響。
所述的實(shí)驗(yàn)測(cè)定設(shè)計(jì)的多翼離心風(fēng)機(jī)的性能和噪聲，并與其同類產(chǎn)品比較，是指通過風(fēng)速儀對(duì)設(shè)計(jì)好的風(fēng)機(jī)出口的速度場(chǎng)測(cè)定，測(cè)得出口的平均風(fēng)速，進(jìn)而得到風(fēng)機(jī)流量。通過精密壓力計(jì)測(cè)得出口的全壓，進(jìn)口的靜壓。噪聲測(cè)試采用管口法測(cè)定。在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)經(jīng)優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)性能和噪聲大小，并與其同類產(chǎn)品相比較，確定優(yōu)化的幅度。
本發(fā)明具有以下特點(diǎn)將計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中的數(shù)值模擬仿真結(jié)合工程最優(yōu)化理論方法用于多翼離心風(fēng)機(jī)的優(yōu)選設(shè)計(jì)。以嶄新的角度來(lái)解決多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的問題，在多翼離心風(fēng)機(jī)降噪理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)理論，歸納出多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的影響因素，并據(jù)此確定了其噪聲及效率函數(shù)的約束條件，利用工程優(yōu)選方法，結(jié)合實(shí)際情況提出了多種改進(jìn)方案。利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)風(fēng)機(jī)全壓、速度和噪聲等參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行具體分析，并采用實(shí)驗(yàn)回歸驗(yàn)證了仿真模型的可靠性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)提出的多種改進(jìn)方案進(jìn)行優(yōu)選。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，通過本發(fā)明設(shè)計(jì)出的多翼離心風(fēng)機(jī)的噪聲與其同類的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品相比較，在其基本性能略有提高的基礎(chǔ)上，噪聲降幅達(dá)10％以上。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
1、在同類風(fēng)機(jī)產(chǎn)品中，以某廠產(chǎn)的符合國(guó)家各項(xiàng)性能指標(biāo)的多翼離心風(fēng)機(jī)作為模型風(fēng)機(jī)。
2、首先對(duì)模型風(fēng)機(jī)進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬仿真，建立的風(fēng)機(jī)葉輪模型葉輪外徑D2＝240mm，輪徑比D1/D2＝0.85，葉片中點(diǎn)切線與葉輪中心的夾角θ＝35.74°，進(jìn)口安裝角β1＝90°，出口安裝角β2＝154°，葉片均為單圓弧厚度直葉片，葉片厚度1＝0.4mm，葉片圓弧半徑D＝19.18mm。
分析風(fēng)機(jī)出口截面的全壓與速度場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果。在葉輪徑向方向上，靜壓隨半徑增大壓力升高；在圓周方向上壓力分布可以分為兩個(gè)區(qū)間，有二次渦的流道區(qū)間壓力分布基本相同，靜壓較高，而其它區(qū)域靜壓低，最低靜壓值為-110Pa。這是二次渦卷吸周圍氣流的結(jié)果。此外，葉輪在蝸舌附近均存在一個(gè)靜壓高的小區(qū)域，影響出流。在葉輪內(nèi)部，越靠近葉片前緣，動(dòng)壓和速度越高，這主要是由于高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)葉輪內(nèi)部的氣流不斷吸附的結(jié)果，最高動(dòng)壓和速度位于葉輪外緣蝸殼出口方向。
數(shù)值模擬結(jié)果表明，氣流由于受到蝸舌通道急劇縮小的影響，在蝸舌上游位于葉片出口的部分氣流逆流回葉輪進(jìn)口，使這個(gè)區(qū)域存在一定程度的出口逆流，在逆流和蝸舌的共同影響下，蝸舌間隙中存在明顯的間隙渦，從而導(dǎo)致蝸舌間隙的有效流動(dòng)通道進(jìn)一步減小，使通過蝸舌間隙的氣流偏向蝸舌一邊，惡化了間隙的流動(dòng)，成為重要的噪聲源。
3、運(yùn)用氣動(dòng)聲學(xué)對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行理論分析，縮小其優(yōu)化參數(shù)的范圍。
蝸舌曲率半徑r/R在0.02至0.08之間風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)基頻聲功率變化較大，而當(dāng)蝸舌與葉輪相對(duì)間隙δ/R在0.03至0.1之間聲功率有較大降低。但是蝸舌曲率半徑和相對(duì)間隙過大會(huì)導(dǎo)致機(jī)殼尺寸增大，風(fēng)機(jī)流量減小。選定蝸舌曲率半徑為0.075，蝸舌相對(duì)間隙為0.095，即蝸舌半徑9mm，蝸舌間隙11.4mm。選擇將蝸殼曲線變?yōu)閳A滑的阿基米德螺旋線。模型風(fēng)機(jī)蝸殼型線與阿基米德螺旋線的相關(guān)系數(shù)為0.9707，蝸殼左右兩端最大間距為346.4mm，依上式計(jì)算，此時(shí)風(fēng)機(jī)的起始角度為61度。
4、根據(jù)風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和氣動(dòng)聲學(xué)分析，確定多翼離心風(fēng)機(jī)以噪聲和效率為目標(biāo)的函數(shù)。
minfη＝-η(D1/D2，b/D2，n，β1，β2)minfL＝LA(D1/D2，b/D2，n，β1，β2，δ/R，r/R，Y/N) 0.8≤D1/D2≤0.95minfmut=(fη-η*)2-(fL-LA*)2]]>β1按常規(guī)取90°，n取900r/min。約束條件由6個(gè)不等式約束和2個(gè)等式約束組成。
選取的初始可行點(diǎn)為

按照確定的約束函數(shù)，經(jīng)復(fù)合形法迭代計(jì)算選取最優(yōu)值，結(jié)果取圓整后，可得當(dāng)參數(shù)取得以下數(shù)值的時(shí)候，以風(fēng)機(jī)效率和噪聲為目標(biāo)的函數(shù)在所規(guī)定的約束范圍內(nèi)取得極小值，即風(fēng)機(jī)在此范圍內(nèi)能達(dá)到較好的效果D1/D2＝0.85；b/D2＝0.5；n＝900r/min；β1＝90°；β2＝150°，154°，158°；δ/R＝0.095；r/R＝0.060，0.075。
5、為得到較優(yōu)的參數(shù)以降低風(fēng)機(jī)的整體噪聲，對(duì)以上提出的優(yōu)化參數(shù)即出口安裝角、蝸舌曲率半徑、蝸殼曲線等進(jìn)行正交試驗(yàn)組合，共12種方案，如下表所示，分別對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真，表中的“是、否”代表蝸殼曲線是否為圓滑的阿基米德螺旋線。

經(jīng)模擬參數(shù)比較得出當(dāng)其他參數(shù)不變，蝸殼曲線變?yōu)閳A滑的阿基米德螺旋線時(shí)，由于采用擴(kuò)大后的機(jī)殼將流速降低，使得寬頻噪音明顯下降。但流速過低使得風(fēng)機(jī)壓頭達(dá)不到額定壓力，影響了性能。而增大出口安裝角能使出口動(dòng)壓上升，增大蝸舌曲率半徑和蝸舌間隙能使噪聲減小。按照降噪幅度10％以上，以及性能變化不超過2％的優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)，方案1至11不符合要求。簡(jiǎn)言之，方案12能在保證風(fēng)機(jī)基本性能的前提下達(dá)到較好的降噪效果。
6、葉輪和蝸殼不同心的情況會(huì)使風(fēng)機(jī)的重心發(fā)生改變，可能會(huì)影響到風(fēng)機(jī)的振動(dòng)噪聲。經(jīng)數(shù)值模擬仿真分析可知，偏心使得風(fēng)機(jī)出口的噪聲值上升大約2％，全壓和速度也有不同程度的降低，在性能和噪聲方面與模型風(fēng)機(jī)相比較差，因此不推薦進(jìn)行葉輪偏心的改動(dòng)。
7、綜合以上因素，提出了最終的設(shè)計(jì)方案。轉(zhuǎn)速n＝900r/min，葉片數(shù)Z＝60，葉輪外徑D2＝240mm，輪徑比D1/D2＝0.85，葉片進(jìn)口安裝角β1＝90°，出口安裝角β2＝158°，葉片均為單圓弧厚度直葉片，葉片厚度δ＝0.4，葉片圓弧半徑D＝19.18mm。蝸殼曲線為圓滑的阿基米德螺旋線。蝸舌半徑r為9mm，蝸舌間隙δ為11.4mm。
8、按照上述的參數(shù)加工風(fēng)機(jī)。經(jīng)風(fēng)速儀對(duì)設(shè)計(jì)好的風(fēng)機(jī)出口的速度場(chǎng)測(cè)定，測(cè)得出口的平均風(fēng)速為13.2m/s，進(jìn)而得到風(fēng)機(jī)流量0.306m3/s。經(jīng)精密壓力計(jì)測(cè)得出口的全壓為320Pa，進(jìn)口的靜壓為-29Pa。噪聲測(cè)試采用管口法測(cè)定。測(cè)試結(jié)果顯示，新型低噪前向型多翼離心風(fēng)機(jī)與同類產(chǎn)品相比，在其性能略有提高的基礎(chǔ)上，噪聲有較大幅度的下降，降幅達(dá)11.1％。
權(quán)利要求
1.一種降低多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的方法，其特征在于，具體步驟如下①對(duì)模型風(fēng)機(jī)運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬建模仿真，確定如下模型參數(shù)建模葉輪外徑D2，輪徑比D1/D2，葉片中點(diǎn)切線與葉輪中心的夾角θ，進(jìn)口安裝角β1，出口安裝角β2，葉片均為單圓弧厚度直葉片，葉片厚度1，葉片圓弧半徑D，分析模擬的風(fēng)機(jī)速度流場(chǎng)和壓力場(chǎng)，當(dāng)蝸舌半徑、蝸舌間隙及蝸殼曲線改變1％時(shí)，其對(duì)應(yīng)的蝸舌和蝸殼的速度場(chǎng)與壓力場(chǎng)中的等速度線與等壓力線所對(duì)應(yīng)的數(shù)值變化量超過其它區(qū)域的30％；②蝸舌曲率半徑r/R在0.02到0.08范圍內(nèi)，蝸舌與葉輪相對(duì)間隙δ/R在0.03到0.1范圍內(nèi)，D1/D2在0.8至0.95之間，葉片數(shù)趨向于60片上下，b/D2在0.314至0.683之間，出口安裝角β2在150°至163°范圍內(nèi)，進(jìn)口安裝角β1取60°或90°；③建立風(fēng)機(jī)以噪聲和效率為目標(biāo)的多目標(biāo)約束函數(shù)minfmut=(fη-η*)2-(fL-LL*)2,]]>根據(jù)②中確立的結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍規(guī)定約束條件，將約束條件中的初始點(diǎn)D1/D2、b/D2、β2、δ/R、r/R代入所建立的函數(shù)方程，并利用工程復(fù)合形法進(jìn)行迭代計(jì)算、得出風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)D1/D2、b/D2、n、β1、β2、δ/R、r/R；④將③中得到的多組優(yōu)化參數(shù)正交排列組合，對(duì)得到的每一種方案利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，并通過列主元素分析方法確定對(duì)風(fēng)機(jī)性能影響最大的截面，以風(fēng)機(jī)噪聲和性能為參考依據(jù)，得到D1/D2、b/D2、n、β1、β2、δ/R、r/R的一組幾何參數(shù)；⑤對(duì)葉輪和蝸殼不同心與同心兩種情況分別進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，比較模擬的風(fēng)機(jī)噪聲場(chǎng)，采用葉輪和蝸殼同心時(shí)的平均噪聲要比不同心的情況低2％以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的方法，其特征是，所述的運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬建模仿真，是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)模型風(fēng)機(jī)進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬仿真，計(jì)算采用選取標(biāo)準(zhǔn)k-ε兩方程湍流模型，壁面附近采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的混合網(wǎng)格；在進(jìn)行二維計(jì)算時(shí)，計(jì)算區(qū)域取與葉輪回轉(zhuǎn)軸垂直的徑向面，網(wǎng)格劃分時(shí)，對(duì)形狀比較規(guī)則的進(jìn)風(fēng)部分用四邊形網(wǎng)格，葉輪部分用三角形網(wǎng)格；蝸殼部分用四邊形網(wǎng)格；定義葉輪區(qū)域?yàn)樾D(zhuǎn)區(qū)，采用多重旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；其余區(qū)域?yàn)殪o止區(qū)，采用靜止坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于蝸殼后蓋板中心，z軸指向進(jìn)風(fēng)口；葉片表面、后盤外表面為旋轉(zhuǎn)壁面，旋轉(zhuǎn)壁面與靜止壁面滿足無(wú)滑移條件；風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口的進(jìn)口截面及蝸殼的出口截面分別為計(jì)算域流體的進(jìn)口與出口，進(jìn)口給定壓力邊界條件，出口給定負(fù)進(jìn)口速度邊界條件，速度大小由風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量與出口截面面積計(jì)算求出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降低多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的方法，其特征是，對(duì)不同工況計(jì)算時(shí)，以初始工況的計(jì)算結(jié)果作為下一工況的流場(chǎng)初始值進(jìn)行初始化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的方法，其特征是，所述的建立風(fēng)機(jī)以噪聲和效率為目標(biāo)的多目標(biāo)約束函數(shù)，是指根據(jù)風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和氣動(dòng)聲學(xué)分析，確定多翼離心風(fēng)機(jī)以噪聲和效率為目標(biāo)的函數(shù)，1)以風(fēng)機(jī)效率為目標(biāo)的優(yōu)化模型min fη＝-η(D1/D2，b/D2，n，β1，β2)2)以風(fēng)機(jī)噪聲為目標(biāo)的優(yōu)化模型min fL＝LA( D1/D2，b/D2，n，β1，β2，δ/R，r/R，Y/N)3)風(fēng)機(jī)效率和噪聲都考慮的多目標(biāo)優(yōu)化模型minfmut=(fη-η*)2-(fL-LA*)2,]]>式中Y/N——是否采用阿基米德螺旋線；η——風(fēng)機(jī)效率值；LA——風(fēng)機(jī)噪聲值；η*——效率最優(yōu)值；LA*——噪聲最優(yōu)值；D1——葉輪內(nèi)徑，mm；D2——葉輪外徑，mm；β1——出口安裝角，°；β2——進(jìn)口安裝角，°；n——風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；r——蝸舌半徑，mm；b——葉片寬度，mm；δ——蝸舌間隙，mm；R——蝸殼半徑，mm；fη——以風(fēng)機(jī)效率為目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù)；fL一以風(fēng)機(jī)噪聲為目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù)；fmut——風(fēng)機(jī)效率和噪聲都考慮的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的方法，其特征是，所述的將得到的優(yōu)化參數(shù)正交組合，是指對(duì)計(jì)算得出的優(yōu)化參數(shù)即出口安裝角、蝸舌曲率半徑、蝸殼曲線按照正交試驗(yàn)的方法進(jìn)行組合，得到較優(yōu)的參數(shù)以降低風(fēng)機(jī)的整體噪聲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的方法，其特征是，對(duì)葉輪和蝸殼不同心與同心兩種情況分別進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，是指對(duì)影響風(fēng)機(jī)噪聲的重要因素，葉輪和蝸殼不同心與同心兩種情況分別進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，比較模擬的風(fēng)機(jī)噪聲場(chǎng)，當(dāng)兩種情況的噪聲場(chǎng)對(duì)應(yīng)的噪聲平均值相差2％以上時(shí)，采用噪聲值較小的同心或不同心形式。
全文摘要
一種降低多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的方法，屬于噪聲控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明步驟如下①對(duì)模型風(fēng)機(jī)運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬建模仿真；②確定低噪風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的范圍；③建立風(fēng)機(jī)以噪聲和效率為目標(biāo)的多目標(biāo)約束函數(shù)，按照②中確立的結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍規(guī)定約束條件，確定初始可行點(diǎn)，并利用工程復(fù)合形法進(jìn)行疊代計(jì)算，得出風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)；④將得到的優(yōu)化參數(shù)正交組合，利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，并通過列主元素分析方法確定對(duì)風(fēng)機(jī)性能影響最大的截面，比較后得到最終的設(shè)計(jì)方案；⑤對(duì)葉輪和蝸殼不同心與同心兩種情況分別進(jìn)行數(shù)值模擬仿真。本發(fā)明在保證風(fēng)機(jī)性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲的降低。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101021880SQ200710038289
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者谷波, 曹志坤 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)