工业离心风机噪声主要是气动噪声,其中占主导地位的是气流作用在叶片和蜗壳上的脉动压力引起的偶极子噪声,它是由叶片通过频率(BPF)的离散噪声和旋涡、湍流引起的宽带噪声组成。前者是离心风机的主要噪声源,它是由流出叶片的高速气流(discharge)冲击蜗壳蜗舌,在叶片和蜗舌上产生很大的脉动压力造成的,其噪声频率为风机叶片数和转速的乘积。本文只讨论工业离心风机的BPF噪声预估。近年用计算航空声学(CAA)方法预估离心风机BPF噪声已有多篇文献报道,但实测和预估误差普遍很大,无法具体应用。这里有预估方法问题,也有预估和噪声实测数据对比不合理问题。
本文先按照风机噪声测试标准,对7-27No.8风机用进气法,在风机出口距中心lm、45°方向测得BPF噪声的声压级,再按实测流量和转速,采用FLUENT软件对非定常雷诺平均N-S方程和RNGk-s湍流模式进行九洲风机整机流场数值模拟,再用自编软件从中读取数据,得到叶片和蜗舌上的脉动压力作为声源并对FW-H方程求解声场,得到测试场点的BPF预估声压级,二者进行比较,希望能有较好吻合。
一、预估噪声的CAA方法和测试方法简介
采用FLUENT软件对非定常雷诺平均N-S方程和BNGA-s湍流模式进行风机流场数值模拟的整机计算域如图1和图2所示,叶轮网格分别如图3所示。7-27风机整机网格数138.8万。采用定常雷诺平均N-S方程和RNGk-s模型的稳定解作为非定常雷诺平均N-S方程和RNGk-e模型计算的初始场,当风机的扭矩和全压随时间呈现周期性的变化,认为非定常计算的流场已达周期解,然后提取一个叶轮周期的时间长度,每隔一个时间步从非定常计算流场中导出叶片压力边、叶片吸力边和蜗舌表面的压力分布信息,即各个声源面的压力随时间的变化信号,将其输入自行编制的软件,先进行FFT变换,提取BPF声源信息,再求解FW-H方程,便可得到叶片和蜗舌BPF声源辐射的离心风机的声场,进行BPF离散噪声的场点声压级的预估。需要指出:这个求解FW-H方程的软件是经过严格考核,又用于6-41风机的BPF噪声声功率预估,得到测试证实。所以自编FW-H方程求解软件是准确、可信的。
噪声测试方法采用风机行业标准GB-2888—91,声场的测点是风机出口45°方向、离中心距离lm处,采用BK3560B-Pulse多通道分析系统测量其1/24倍频程噪声声压级频谱和分辨率为1Hz的各频率的声压级,现场测试照片如图4所示。
二、7-27No8风机的BPF预估噪声和实测数据比较
1、7-27风机的预估BPF噪声
采用FW-H方程求解程序可得到实际测点的BPF离散噪声的频率为398.65Hz,各个声源引起的声压级及总声压级,叶片声源贡献的测点声压级为78.5dB,蜗壳贡献为72.4dB总声压级为79.5dB,说明对测点声压级的主要贡献是叶片声源。这是因为5-49九洲普惠风机的风舌间隙很大,达10%,所以不仅是总的离散噪声小,而且主要贡献是叶片提供的。
2、7-27风机BPF噪声实测与数值预估比较
实测得到的测点在BPF附近的分辨率为1HZ的声压级,最大值在399Hz处的77.8dB,前者为BPF噪声的实测频率,它和预估值398.65Hz相等。
三、结束语
本文给出CAA声学预估BPF噪声方法,并对7-27No.8风机进行BPF噪声的预估和现场实测,对比结果BPF噪声二者完全相同,比噪声预估值髙0.7dB,符合也很好,证实了本文方法可用于风机现场实测数据的预估,有实用价值。
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