旋涡风机壳体在内流场作用下的动力响应

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值模拟了旋涡石家庄风机壳体在内流场作用下的动力响应。通过对燃料电池车上旋涡石家庄风机声振测试试验，数值模拟石家庄风机内部三维非定常流场，并对旋涡石家庄风机壳体进行动力响应计算。分析结果表明，旋涡石家庄风机在内流场作用下振动的激振频率与固有频率发生共振，造成石家庄风机结构振动向外辐射噪声，同时此方法能够较为准确地模拟壳体在内部流场激励下的动力响应。燃料电池轿车是以采用燃料电池作为动力系统的零排放新型环保汽车，其动力总成、传动系统和驱动方式等与传统内燃机汽车有很大的不同，因此噪声源发生了很大的改变。试验测试表明[i-4]，在燃料电池轿车的怠速工况下，旋涡石家庄风机和氢泵辐射的噪声和传递的振动最为突出，特别是旋涡石家庄风机进气量大，气流速度快，高频的啸叫声极大地影响了燃料电池轿车的声品质，因此旋涡石家庄风机噪声的研究受到越来越多的关注。
石家庄风机的噪声主要由石家庄风机内部的湍流及流体与固体之间相互作用产生的。总的来说，石家庄风机的气动噪声大于结构振动噪声。因此一直以来，石家庄风机噪声研究的热点都是气动噪声[5。6]，这些研究大都采用声类比方法，且大都假设声音是在自由空间传播的，没有考虑声音在壳体表面的反射、衍射、散射现象，也没有考虑非定常流场作用下壳体振动引起的噪声。燃料电池车上旋涡石家庄风机在使用现场时进出口都连接着管道，内部的气流封闭在机壳和管道内，气动噪声是通过流体激励引发机壳振动从而向外传播，此时通常采用各种消声器来控制石家庄风机的气动噪声，能够取得良好的降噪效果。
然而，此时石家庄风机壳体振动辐射出来的结构噪声就显得越来越重要，往往上升为主要的噪声成分，必须予以重视。文献[7]探讨了壳体的固有频率、声腔共振频率和石家庄风机噪声之间的关系；文献[8]计算了石家庄风机壳体外部声学特性，对石家庄风机厂机壳进行了模态分析和噪声预测，然而这些工作都没有考虑到石家庄风机内部流场对壳体的作用。石家庄风机壳体在非定常气动载荷作用下的受迫振动属于微小位移振动，忽略其对流场的反向作用不会导致流场计算出现较大误差[9]。笔者利用FLU—ENT计算石家庄风机内部三维非定常流场，得到不同监测点下的脉动压力信号，然后将内流场作用下的气动载荷加载到壳体上，使用ANSYS软件计算石家庄风机的动力学响应。
笔者还进行了燃料电池车上石家庄风机台架振动噪声试验，并将试验结果和数值结果对比，为壳体振动声辐射机理研究打下基础，也为降低石家庄风机厂振动噪声辐射的研究作准备。
旋涡石家庄风机振动噪声试验
试验装置及测点布置本次试验使用石家庄风机独立运行工况下进行振动噪声测量分析，所使用的仪器有Head公司的SQlabⅢ(34通道)数据采集系统，加速度传感器为美国peb公司生产的icp压电式加速传感器，麦克风为丹麦B8LK公司生产。本次试验在同济大学清洁能源汽车工程中心的半消声室中进行，保证了振动噪声测试结果的准确性。本次试验测点为旋涡石家庄风机厂左右置和壳体上中下3个位置单向加速度传感器、石家庄风机前后两侧麦克风、空滤和电机三向加速度传感器和两个麦克风。

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