离心式通风机毕业设计外文翻译

1、 国际旋转机械杂志 Hindawi出版公司国际旋转机械杂志卷2007，文章编号34901，10页日期：2007/10/17研究论文在离心风机非定常流叶轮几何的影响:数值和实验分析 Younsi巴克尔F和R kouidri，雷的实验室，国立艺术与sup´151大道医院教育处（法国巴黎），于2007年5月14日寄出;2007年11月26日接受由Ion Paraschivoiu推荐本研究的目的是评估设计参数对非定常流前弯离心风机及对空气声学的行为的影响。为此,数值和实验研究已经被实行了四个不同几何参数的离心叶轮设计。同样的涡形机壳已经用于研究这些叶轮。对非定常流的行为的影响与不规则的叶片间

2、距,叶片数和径向叶轮边缘之间的距离和蜗壳舌部进行了研究。数值模拟非定常流已经使用计算流体动力学(CFD)工具基于非定常雷诺平均纳维斯托克斯(URANS)方法。研究重点是不稳定引起的空气动力蜗壳和旋转叶轮叶片之间的相互作用。为了预测在远场声压,非定常流变量提供的CFD计算在Ffowcs Williams-Hawkings方程(FW-H)中被用作输入。这个工作涉及气动测量的实验部分风扇使用试验台的性能根据ISO 5801(1997)标准。此外,压力麦克风为了测量墙的压力波动已经嵌装蜗壳舌部表面。声压级(SPL)测量为了消除干扰噪声反射在消声室中进行了。最后,数值结果与实验测量结果和墙压力波动之间的

3、相关性和远场噪声信号被发现。版权©2007 m . Younsi et al。这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,允许不受限制地使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。1.介绍前弯离心风机和轴流式风机相比质量流率和密实度大广泛应用于工业中。除此之外,和相比落后的风机他们有一个更高的总压强上升相比,。尽管他们的低效率,但是他们还是可以在建筑集中供热和空调系统采用循环风机,作为汽车鼓风机heating-cooling单位和许多其他应用程序。最近三维粘性流场的CFD技术的发展提供了一个有效用于分析和设计的工具。因此,把URANS方法用于流体分析技术在涡轮机应用中已经

4、取得了令人瞩目的成绩。最近,更多的关注已经投入到研究设计参数对性能的影响和离心风扇的噪音上。Boltezar等人。2研究了不规则的叶片间距汽车交流发电机径向风机在全部SPL和噪声谱中的影响。在他们的研究中,他们计算SPL，光谱值理论，几种类型的值和比较风机不同叶片间距来测量结果。他们发现,改变叶片间距不会显著改变总SPL。然而,声功率在几个谐波的重要分散被发现与不规则的风扇叶片间距,从而允许减少警笛的效果。他们从理论上预测这种现象并在实验证实它。Jeon3使用离散涡方法(数字式电压表)来描述离心风机的流场。他采用了Lowson4方程以获得声远场信息从叶片上的不稳定的力量波动。他的研究的目的是探

5、讨旋转速度的影响,流速,截止距离,叶片上的噪音。Cho and Moon5通过求解二维(2 d)不可压缩n - s方程来计算使用的非定常粘性流场的横流风机。他们开发了FWH方程来预测声压力和研究声受益不平衡的叶轮叶片间距。表1：参考风机的几何特性。 叶轮va160参考描述 价值叶片数 39叶轮宽度 70mm叶片弦长 26.2 mm叶片厚度 1mm叶片入口角 5叶片出口角 70叶片形 圆弧 图1：刀片间角分布叶轮进口直径 120mm叶轮出口直径 160mm转速 3000 rpm 叶片数 蜗壳 入口直径 120mm出口尺寸 100 *76 mm蜗舌半径 5mm 蜗舌的位置 90毫米的半径 蜗壳形状

6、 对数定律 图2：调查粉丝的几何形状Ballesteros tajadura等人。6一三完全不稳定的三维数值模拟在整个非定常流叶轮蜗壳配置一个印度试验离心风机。他们获得的压力波动在一些地方，在蜗壳壁，他们发现了一个很好的数值模拟与实验结果的一致性结果。在这项研究中，无论是数值模拟和实验研究方法是用来评估在设计参数的影响对离心风机和它们的影响的非定常流，在气动性能。 2球迷介绍在这项研究中，四个叶轮（va160，va160d，va150，va160e）设计的各种几何参数在同一蜗壳的研究。我的va16039叶螺旋桨作为参考。COM相对于va160，呈现不规则的va160d刀片间距，有二的va150

7、不同叶轮出口直径（150毫米），和va160e只有19刀。主要的通用电气参考的叶轮ometrical特点和VO琵琶套管列于表1。关于va160d叶轮、叶片间距分布分布已经使用下列方程本文作者提出： 在k = 50，Z = 39，N = 3。这个方程给出了叶片间距角度为窦*正弦函数的叶片数B（参见图1）。这个va160风扇有一个恒定的刀片间距角度9.23度。图2描述了四种叶轮的几何形状的联合国在考虑。这些参数已被改变一个完整的三维计算机辅助设计模型（计算机辅助设计）为了建立原型实验研究等。 3.实验工作已经进行了整体测量的测试在图3上设计和建造的LEMFI显示荣盛根据ISO 5801标准。为了使

8、这些测量成为可能，这种规范化的管安装放置在离心风机的上游。 （a） （b）出口 离心风机 收敛管 旋转轴 隔膜 与进气管图3：试验台和压力uctuations测量at the蜗壳舌（A）以及素描实验设施（B）可能不同的流量通过改变一个直径社会板（膜）。旋转速度由一使用光学式转速表频率转换器和测量在0.1%的精度。对于每一个给定的直径器，通过离心风机提供的静态压力用微压计测量（精度1%）。前实验工作也由墙的测量蜗壳压力波动。因此，一个公司01分贝米特拉维40 BH 1 / 4。压力麦克风目前有0.2分贝的不确定性已经被安装在蜗舌表面。此外，一个阿海珐01分贝米特拉维40 AE 1 / 2。自由场

9、麦克风带有0.2分贝不确定，受保护的鼻子锥，已被用于或测量声压力。这些声学测量测试已在消声室中进行（5.9×4.4×4.25米）。背景声压级为18分贝和切O频率为75 Hz。为了使这些测量可能的话，风扇已经适应了一个小密封盒（0.6米×0.6米×0.6米），并符合国际标准组织5801检验标准。一个自由场麦克风被放置一米远离风扇旋转轴在同一方向的出口管（见图4）。后校准操作，麦克风信号已进入个人计算机为基础的数据采集定位系统，和数据使用窄带宽度分析。为了比较不稳定的流动行为在同一个操作点（500立方米/小时调查的球迷，680帕），风扇转速已确定试验。因此，

10、对va160转速，va160d，va150，和va160e设置为3000转，3000转，3200转，2900转，分别。4、数值模拟考虑旋转的不稳定的相互作用叶轮叶片和固定风扇壳和理解内部流动，基于数值模拟有限体积数值方法采用FLUENT 6.2码计算所得。给定的几何参数表1中采用了以生成计算国际域名已被分为两个区域：一种旋转区域，包括叶轮和静止区域。这种配置考虑叶轮和蜗壳之间的间隙。入口和风机的出口表面已被扩展以保证数值稳定性和减少边界条件因素方面。所得到的计算域如图5所示。由此产生的几何形状已被用来建立一个混合网格。在网格重新进行了研究和适应流动形态最小元失真，高梯度区域达到所需的分辨率。这

11、项研究的细节在以前的文章younsi等人报道。 7，8 。保留网格的一个例子 （a） （b） 图4：在消声室的声学测量（一）素描实验装置（乙） （a） (b)图5：几何的流域建模 图6：保留对va160风扇网格 如图6所示。所有的网格生成的四球迷包含约二百万个元素。关于数值模拟参数，速度城市入口和压力出口边界条件已分别应用于入口和出口。根据他的 9 ，一个固定质量流量在COM口计算域的身体不适合非定常计算弱，特别是考虑到转子/定子相互作用。滑动网格技术已被应用到为了使非定常相互作用的接口叶轮与蜗壳之间。湍流被K- SST模型 10 模型。SST模性能进行了研究，在大量的验证误码率 11 。它已

12、被证明执行非常好不良压力梯度的空气动力流动。马克斯允许残留量低于或等于104。执政方程已经解决了使用隔离的求解器，和一个中心的简单算法已被用于压力速度耦合。时间依赖项计划是美国证券交易委员会二阶。101325帕的压力已被应用到的出口，和一个合适的值已被确定为入口。CFD模拟程序开始非定常流用冻结转子法计算。在这种情况下，叶轮和壳体的相对位置不改变在计算过程中。对于非定常计算，网格在计算过程中改变它们的相对位置叶轮的角速度。时间步长非定常计算已被设置为5.105秒。这个所选时间步长与即时通讯的转速有关螺旋桨是足够小，以获得必要的时间分辨率由于叶片通道的现象和捕捉到的现象与蜗壳壁相互作用。它与于1

13、 / 400叶片通过期间。这一步有已接近由以下公式： 在的设置为2毫米不稳定的计算进行了七个即时通讯螺旋桨转速，和得到的时间数据已保存为每个时间步。在窗口的时间信号采用汉明窗函数，每个记录的样品已快速傅里叶变换（FFT）处理（Pref = 2×105 Pa），然后气动压力谱已终于得到。5、气动计算（FW-H方程的） 12，13 ，本质上是一个非瞬时波动方程可以得出利用连续性方程和纳维-斯托克斯方程。这个FW-H方程可写成如下： 首先亮电源（3）是单极（厚）和偶极子（加载）源，分别基于它们的数学结构。单极源项噪声产生的液态位移为体传递模型。偶极子或加载源项模型的噪声，结果从非定常运动的

14、力车身表面的分布。这两个来源都是表面的来源，即，它们仅在表面上的f= 0利用狄拉克函数表示（F）。第三术语是一个四极源项，在整个卷是数据表面为Heaviside函数H（f）表示外部。使用自由空间的格林函数（g）/ 4G =T + R / A0），溶液（3）得到。因此，完整的解决方案由表面积分和体积积分。的表面积分的贡献从单极和偶极声源和部分从四极源，如果整合面是不透水的。体积积分的贡献代表四极（体积）的来源，在该地区以外当流动是亚源表面变小。因此，体积积分被忽略。最后， （5）这两个条件（5），PT（x，t）和PT（x，t）的权利，厚度和负载条件，分别给出 （6） （麦克风的位置） （集成域中

15、使用FW-H方程）图7：声场的计算和积分的位置作用域 方括号中的（6）表示系统内核积分计算相应的延迟时间是内德如下： （8）出现在各种带量（6）是向量的内部产品和隐含的单位向量下标。例如， （9）在辐射和氮的单位矢量表示壁法线方向，分别。点过一个变量表示源时间地变化的波动变量稳定后采用URANS计算，对压力和速度波动叶轮表面已提取2000次，然后，在接收端计算出声压信号在气动计算过程中收集的源数据的位置。重要的是要陈述存在蜗壳是忽视了这种方法（自由场辐射）。为了这个原因，声压计算已在图7所示的位置进行。6、 气动结果与讨论在表2中可以看出，va160d风扇（不规则叶片间距）具有相同的特征风扇（

16、va160）。这一结果表明，在叶片间距的变化并不明显明显改变风扇的气动特性。相比于其他的球迷，这va150提出更好的效率由于其较小的出口半径，有助于最大限度地降低轴扭矩施加在程度的叶片脱层。然而，压力下降是通过增加转速3200rpm时补偿。此外，该va160e风扇提供了一个更好的效率相比于va160和va160d球迷。事实上，减少叶片的数目有助于通过叶轮叶片网格的空气动力损失最小化。然后，以产生所要求的风机特性（680pa），叶轮转速降低到2900转。 图8显示的瞬时速度场在va160，va160d，va150的正中面，和va160e风扇，各自地。根据这些数字，通过叶轮的旋转产生的蜗壳为静压动

17、压转换可以看出。一个非齐次的速度分布在蜗壳舌部与叶轮之间的间隙的外围区，具有很高的速度梯度。蜗壳舌部的作用是驱动流动对风扇出口也提出流动的奇异性。在蜗壳形状创建一个几何不对称的影响的速度和压力分布。va160和va160d风扇之间的比较表明，叶片间距的变化并不明显改变整个风扇的流动场。另一方面，该va150风扇提出了在叶轮周边更均匀的流动场，特别是在蜗壳舌部区域。在这样的配置，蜗壳舌部和旋转叶片之间的相互作用是通过减少蜗壳舌部与叶轮外围之间的径向距离最小化。根据图8，与较小数量的va160e误码率的叶片产生一个非齐次流动场，特别是在叶轮的边缘。类似的结果在 14 关于在离心泵流动场影响叶片数的

18、因素。表2：气动特性图8：瞬时速度场在子午面（0.14秒）通过增加旋转速度为3200转7、壁压波动光谱分析在压力波动的时间历程研究了节点在蜗壳舌部示于图9对应的谱分析。怒江数值结果与实验数据。CON中va160和va150球迷，一个很好的协议被发现之间的测量数据和数值计算，特别是在叶片通过频率（BPF）和较低的频率。光谱的压力波动水平计算，这些球迷的测量表明，主导模式发生在1950赫兹和2080赫兹，分别。这些频率点对应的带通滤波器。在光谱中的其他显性峰的情况下观察到的谐波频率。这是由于自然的叶轮和蜗壳舌部之间相互作用产生小干扰。因此，相应的谐波被隐藏的宽带信号分量。这可能会产生信号的音调主要

19、成分的相互作用是由于叶轮外围靠近蜗壳舌部的存在。对于va160比va150压力波动水平在BPF谱高。这个va150呈现较小的径向距离之间的叶轮和蜗舌，以及气动相互作用旋转和固定的区域是不太重要的。关于va160d风扇的行为，壁面压力波动被低估的测量。对于这些高压波动，压力麦克风饱和，和真正的信号是不充分的阅读。这种现象之间的比较说明数值和实验信号的振幅随时间。然而，实验信号的整体形式是在良好的协议与计算流体力学的预测。时间信号信号表明一段所有三叶集团每对应于三叶图案的革命150HZ。另一方面，分裂的离散频率从带通滤波器分离为150的倍数。关于非定常压力所产生的va160e风扇，由于麦克风现象坐

20、观察时间。观察到2个高的显性峰在带通滤波器（950 Hz）和第二谐波频率（1900赫兹）。可以看出，压力波动水平在这些频率是va160e比va150高。最后，对四种光谱的分析结果表明数值和实验数据不匹配。旋转 时间（s） 频率（HZ） 旋转 （a） VA160 时间（s） 频率（HZ） (b) VA160D旋转 时间（s） 频率（HZ） (c) VA150旋转 时间（s） 频率（HZ） (d) VA160E 图9：壁面压力波动与相应的光谱分析（va160，va160d，va150，和va160e）（频率分辨率=12.5HZ） 频率（HZ） 频率（HZ） (a) VA160 (b) VA160D

21、 频率（HZ） 频率（HZ） (c) VA150 (d) VA160E图10：声学压力的调查的球迷-（频率分辨率= 12.5赫兹）某些频率（约4000赫兹）。这截止频率是网格分辨率有关，它代表了频率分辨上限所采用的数值模拟。更精细的网格，再加上大涡模拟计算，可以提高这些结果之间的匹配。因此，得到的数值结果从4000Hz至8000Hz的频率范围内没有物理意义意义。这部分的信号称为“数值噪声是由于数值处理方面。因此，最大频率FMC合理解决由局部网格间距是 15 （10）另一方面，前弯叶片遭受的一些复杂现象与流动分离相关并对叶片进口角导致液体颗粒与叶片前缘之间的强相互作用。这些现象无法用URANS方

22、法充分建模。8、声学结果与讨论由四个调查所产生的声学信号球迷如图10（1），10（乙），10（三），和10（3），分别。实验数据进行比较的URANS / FW-H计算。在远领域得到这些信号的分析表明，在近场和远场领域获得的非定常压力之间的关系。因此，在壁面压力波动水平段引用的话也都是有效的在本节。四信号显示2峰在300HZ和600HZ，分别与风扇电机的签名相关，这并不取决于反渗透转速。表3：数值和实验SPL值（va160）表4：数值和实验SPL值（va160d） 表5：数值和实验SPL值（va150） 表6：数值和实验SPL值（va160e）表4，3，5，和6之间的比较在卓越频率的数值和实验结

23、果频率。（BPF及其谐波）的调查的球迷。可以看出，通过数值给出的SPL值计算是低于测量数据（5到8分贝）。这些二差异部分代表重新思索与再并不是把实验设备包含考虑到在FW-H方程（免费场辐射）。在另一方面，数值模拟还没有被使用为了预测宽带噪声。根据 13 ，URANS计算不能充分提供的表面宽带噪声预测所需的压力波动等。这句话说明了二差异对宽带信号组件之间的数值和实验结果。因此，该预显不能部分用声信号由音调噪声产生由流不稳定之间的相互作用和旋转ING的叶片和蜗壳。根据表4，va150风扇产生的声压比va160风扇显示距离减少叶片边缘和蜗舌可以最大限度地减少产生的噪声降低（4dB的BPF）。关于va

24、160e风扇，它给出了最高声压级的COM相对于其他的球迷。这一结果表明，减少叶片的数量会产生强烈的空气动力间行动（在蜗舌和旋转叶片），有助于强化音调噪声在BPF。9、结论 在影响设计参数对离心风机的非定常流现在已采用数值模拟与试验研究。研究表明，这种影响与不规则叶片间距，叶片数，和叶轮的外围和蜗壳舌部之间的径向距离等有关。壁面压力波动和远场噪声信号之间的相关性已被发现。将这项工作扩大到以下工作是很有意思的：（一） 采用大涡模拟方法来喂声学模型；(i)利用大涡模拟方法对声学模型进行分析(ii)利用激光多普勒测速仪（LDV）和粒子图像测速技术（PIV）技术来研究非定常速度场；(iii)包括在FW-

25、H方程中的壳体因素。命名A0：远场声速米/秒f= 0：描述源表面的功能： 叶轮叶片表面F：频率赫兹FMC：网格截止频率赫兹G：格林函数=T + R / C H（f）：Heaviside函数K：叶片分布系数COE M：本地马赫数向量源 相对于框架固定到原状中，组件MI N：转速转n：叶片重复数nj:单位法向量P：声压pij：压缩应力张量pref：参考压力巴勒斯坦R：观察者与来源的距离 R2：叶轮半径M.T：观察时间Tij：光照不应力张量巴勒斯坦u：速度扰动米/秒uj：在xi向流体速度在 米/秒un：正常方向的流体流速vi：在xi向表面速度米/秒vn：表面速度在正常方向米/秒x：观察者位置向量z：

26、刀片计数（F）：狄拉克函数：电池尺寸毫米PS：由风扇巴勒斯坦产生的静压S：单元格大小在叶轮周边毫米t：时间步的b：刀片间距角度：密度公斤/立方米：源时间的：E效率 % 下标b: 刀片计数L: 加载噪声分量T: 厚度噪声分量0: 表示液体在静止介质中的变量。致谢作者希望感谢允许他们（研究所和协调应急处置声学/音乐）利用其消声室。参考文献 1 国际标准化航空公司5801，“工业风机性能测试使用标准化航空公司，”1997。 2 M. boltezar，M.梅萨里奇，A. kuhelj，“在影响不均匀的叶片间距对SPL和径向风扇噪声谱，“声音和振动，216卷，4号pp.697杂志，711，1998。 3 W. H.先生，“E等设计参数对离心风机噪声特性的数值研究，“声音和振动，265卷，第1页221杂志，2302003。【4】M.V. Lowson，“奇异的声音运动场，“在伦敦，英国皇家学会学报A辑，286卷，1407号，559页572，1965。 5 Y. Cho和Y J的月亮，“变螺距交叉离散噪声预测低迷的非定常Navier斯托克斯计算，“流体工程，125卷，第3页543杂志，550，2003。 6 R. Ballesteros tajadura，S.贝拉尔德苏，J.P.克鲁兹桑