上下并联轴流风机室外机气动声学预测模型(2)

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噪声源在叶片尾缘、前缘、导风罩和压气机侧板处集中。其中，前缘对应进口紊流噪声，尾缘对应涡脱落噪声，两者是宽频噪声影响因素。导风罩处噪声来自于叶尖涡的影响是离散频率噪声源，与叶片表面非定常脉动力产生离散频率噪声相比较小，压气机侧板影响忽略。在文献[31中，换热器下游到达叶片位置的气流紊流度小于8，此时进口紊流对于宽频噪声的影响较小。因此，涡脱落噪声是室外机宽频噪声的主要影响因素，同时也是影响室外机总声压级的主要原因。
2．2室外机总声压级预测上下叶轮干涉对室外机总声压级影响较小【4]，因此上下叶轮可视为上下独立噪声源，对于宽频的涡脱落噪声，采用基于Sharland涡脱落噪声的预测方法和CFD数值计算结果对具有上下并联轴流石家庄市风机厂的室外机气动噪声进行预测。在工程应用领域，相比线性计权结果，人们更关心A计权声压级。将涡脱落噪声能量假定在某一特定频率下，从而可以进行计权衰减得到A计权噪声总声压级。由文献[4]计算得到上下叶轮涡脱落中心频率分别为337．7和376．8 Hz，对其进行A计权衰减并叠加得到涡脱落噪声A计权总声压级。同时，依实验分析，离散频率噪声对室外机总声压级影响在1 dBA左右。两者叠加得到室外机预测总声压级为51．52 dBA，与实验结果相比误差为1．98 dBA，满足工程应用要求。
2．3离散频率噪声预测采用基于CFD模拟的混合方法预测离散频率噪声，由非定常CFD模拟计算得到叶片近场流动参数，通过求解Lighthill声类比方程，得到远场声压脉动，进一步提取得到叶片离散频率噪声。室外机气动噪声预测参考坐标系如图4所示。图中观测点位置与实测噪声频谱位置一致。对于偶极子的室外机噪声源，叶片表面非定常脉动力是产生离散频率噪声的主要影响因素。由于室外机由上下并联轴流石家庄市风机厂组成，且上下叶轮干涉对于离散频率噪声影响较小。
因此，上下叶轮可视作独立声源。另一方面，室外机上下叶轮离散频率噪声的基频及其高次谐波频率均位于300 Hz以下的低频段，低于紧凑声源特征频率723 Hz(=340／0．47)，因此，将上下叶轮作为点声源分析。对于转速稳定的轴流石家庄市风机厂叶轮，旋转马赫数对时间偏微分很小，因此离散频率噪声主要来自于叶片表面非定常脉动力。在式(3)的求解中应用到了延迟时项，在计算声压波动时，设定观测点处的时间序列t，根据延迟时公式，采用牛顿迭代法求解延迟时序列丁，由于轴流石家庄市风机厂是亚音速流动，因此延迟时的解是唯一的。提取对应延迟时下的叶片表面力以及位置参数，计算得到叶片辐射声压。由上述分析，CFD非定常计算的时间间隔要根据延迟时序列丁调整。同时，预测公式中脉动力偏导数需要采用差分方式计算，即求解对应r+打时刻叶片流动参数，d下通常设定的很小。时间间隔调整以及偏微分的求解大大增加了CFD计算工作量，在本文计算时，预先将CFD非定常计算的时间间隔AT设定在较小量级，得到丁序列下叶片表面非定常脉动力。计算时域噪声时，对应t的延迟时丁处流场参数采用插值方式得到，从而计算得到叶片时域噪声辐射，预测结果表明，该方式简便且有效。非定常CFD模拟计算得到一个叶轮旋转周期内下叶轮表面所受轴向脉动力分布，如图5所示。
图5(a)中B1、B2和B3分别代表了下叶轮三个叶片，不同叶片的表面脉动力分布，除相位差别外，波形基本相同。计算得到下叶轮轴向合力如图5(b)所示，下叶轮轴向合力呈现明显的周期性分布，周期对应叶轮旋转周期的1／3。同样的力分布趋势在上叶轮中也可以清楚捕捉到。设定观测点时间间隔为10一S，计算得到室外机时域噪声，通过功率谱变化到频域并与实验结果比对。图6所示为下叶轮两个周期内的时域声压辐射，三个叶片辐射声压存在明显周期性，周期与叶轮旋转周期相一致。三个叶片辐射时域声压波形基本一致，其相互间相位差等与叶片周向相位差120。。图7所示室外机噪声预测频谱与实验的对比，预测和实验均显示室外机离散频率噪声分别由上下叶轮叶片通过频率及其谐波组成，预测的离散频率噪声峰值频率与实验结果吻合得很好。对应前两阶峰值频率处预测的声压级与实验声压级接近，如表2所示。但在高阶处，预测得到的离散频率结果比实验结果低很多，且随着谐波数的增大，差异增大，这主要是由于CFD计算小尺度涡产生的局限性引起。
3结 论
(1)上下并联轴流石家庄市风机厂系统噪声频谱由宽频和离散频率组成，宽频噪声是主要影响因素。
(2)基于CFD计算的涡声理论分析表明，叶片尾缘的涡脱落噪声是室外机噪声的主要影响因素。
(3)基于CFD的涡脱落噪声模型计算得到室外机宽频噪声，叠加离散频率噪声影响时，预测得到室外机总声压级误差小于2 dBA，满足工程应用要求。
(4)采用点源时域预测公式，预测得到了室外机离散频率噪声。预测得到的峰值频率与实验吻合得很好，离散频率噪声预测结果在低频处吻合较好。