轴流风机动静离散噪声预测方法

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摘 要：对于现代高涵道比涡轮风机发动机而言，压气机/风机噪声已经成为了主要的噪声源。本文基于计算流体力学及计算声学混合的方法，建立了轴流风机动静叶片干涉离散噪声在频域中的声学模型，采用一个低速轴流风机对该模型进行了验证。验证的结果表明，采用本文提出的混合模型，可以有效地提高离散噪声的预测精度，为未来轴流发动机设计中降低这种离散噪声打下了一定的理论基础。

关键词： 计算气动声学；动静干涉；离散噪声；轴流风机

1 引言

随着当代高涵道比发动机的广泛应用，风机/压气机噪声逐渐成为主要的噪声源，并得到了学者们越来越广泛的研究。根据声源幅频特性的不同，学者们将噪声源分为离散噪声源和宽频噪声源两种。由于高涵道比发动机中轴流风机的高转速特性，离散噪声源在整个声源中的占据主要地位[1，2]。如果能够建立合理的声学预测模型，正确预测离散噪声，就能够准确的预测发动机总的噪声级，从而为在未来的设计研究中控制和降低这种噪声打下坚实的理论基础。

许多科技工作者对于离散噪声模型的建立进行了大量的探索，获得了大量的研究成果[3，4]。这些研究由于受到当时计算机水平的制约，对于风机动叶尾迹与静叶的相互作用都是采用了简单的二维或准三维理论计算，精度都不是很高。本文在前人研究的基础上，利用现代先进的三维数值模拟计算获得动静干涉流场之间复杂的内部流动，并将其与传统的声学预测模型相结合，使得声学预测模型的结果更加精确，从而为准确预测发动机主要噪声源噪声提供一定的理论依据。

2 声学模型

2.1轴流风机动静干涉声学基本方程

2.3特征函数 求解

3 模型验证

为了对声学模型进行验证，采用一低压轴流风机作为实验模型，其网格划分如图2所示。由于叶片表面力是有压强与叶片表面积的乘积，具有方向性。通过叶片表面微元的积分，从而获得整个静叶上的矢量表面力。图3给出叶片表面压力在频域上的幅值分布情况。

通过已经获得的静叶叶片的在时域上的压力幅值，代入上述推导出的声学理论公式（4）就可以解析出动静干涉离散噪声在观测点的声压值，并在消音室中做实验进行了比较，比较的结果如柱状图4所示。

4结论

本文以动静干涉离散噪声模型为基础，建立了三维非定常计算流体力学与线性声学理论之间的联系，通过采用时均雷诺方程求解静叶表面上的非定常负载，提高了声学模型的预测精度。模型验证结果表明周向弯曲静叶可以有效的改变动静叶离散噪声强度，周向后弯静叶对于降低离散噪声有着积极的作用，建议在今后的设计中，采用周向后弯静叶设计方法以降低轴流发动机的总体噪声。

参考文献：

[1]陈矛章. 风扇/压气机技术发展和对今后工作的建议[J]. 航空动力学报，2002， 17 （001）： 1-15

[2] 陈庆光， 李连举， 王维斌， 等. 轴流式通风机离散噪声的大涡模拟研究[J]. 流体机械，2010， 38（002）： 18-22.

[3] 陈鱼， 王晓林， 袁小平. 矿用对旋式轴流局部通风机噪声特性实验研究[J]. 噪声与振动控制，2010， 30（005）： 121-124.

[4] 刘伯林. 轴流风机噪声预测与降噪研究[D]. 西南交通大学，2003.

[5] 孙晓峰，周盛.气动声学[B]，1994

作者简介：邵珠华，女，（1975.5―），机电工程专业，大学（学士），现为山东省枣庄矿业（集团）公司铁运处机电工程师。

李强，男，（1971.9―），机电工程本科学历，山东枣庄矿业（集团）铁路运输处机电工程师，主要从事伺服控制、电子信息等工作。

贺宝亭，男，（1972.10―），自动化专业本科学历，山东枣庄矿业集团铁路运输处总工程师，主要从事安全生产技术管理工作。