離心式通風機畢業(yè)設計外文翻譯

1、 國際旋轉機械雜志 Hindawi出版公司國際旋轉機械雜志卷2007，文章編號34901，10頁日期：2007/10/17研究論文在離心風機非定常流葉輪幾何的影響:數(shù)值和實驗分析 Younsi巴克爾F和R kouidri，雷的實驗室，國立藝術與sup´151大道醫(yī)院教育處（法國巴黎），于2007年5月14日寄出;2007年11月26日接受由Ion Paraschivoiu推薦本研究的目的是評估設計參數(shù)對非定常流前彎離心風機及對空氣聲學的行為的影響。為此,數(shù)值和實驗研究已經被實行了四個不同幾何參數(shù)的離心葉輪設計。同樣的渦形機殼已經用于研究這些葉輪。對非定常流的行為的影響與不規(guī)則的葉片間

2、距,葉片數(shù)和徑向葉輪邊緣之間的距離和蝸殼舌部進行了研究。數(shù)值模擬非定常流已經使用計算流體動力學(CFD)工具基于非定常雷諾平均納維斯托克斯(URANS)方法。研究重點是不穩(wěn)定引起的空氣動力蝸殼和旋轉葉輪葉片之間的相互作用。為了預測在遠場聲壓,非定常流變量提供的CFD計算在Ffowcs Williams-Hawkings方程(FW-H)中被用作輸入。這個工作涉及氣動測量的實驗部分風扇使用試驗臺的性能根據(jù)ISO 5801(1997)標準。此外,壓力麥克風為了測量墻的壓力波動已經嵌裝蝸殼舌部表面。聲壓級(SPL)測量為了消除干擾噪聲反射在消聲室中進行了。最后,數(shù)值結果與實驗測量結果和墻壓力波動之間的

3、相關性和遠場噪聲信號被發(fā)現(xiàn)。版權©2007 m . Younsi et al。這是一個開放的文章在知識共享歸屬許可下發(fā)布的,允許不受限制地使用、分配和復制在任何媒介,提供最初的工作是正確引用。1.介紹前彎離心風機和軸流式風機相比質量流率和密實度大廣泛應用于工業(yè)中。除此之外,和相比落后的風機他們有一個更高的總壓強上升相比,。盡管他們的低效率,但是他們還是可以在建筑集中供熱和空調系統(tǒng)采用循環(huán)風機,作為汽車鼓風機heating-cooling單位和許多其他應用程序。最近三維粘性流場的CFD技術的發(fā)展提供了一個有效用于分析和設計的工具。因此,把URANS方法用于流體分析技術在渦輪機應用中已經

4、取得了令人矚目的成績。最近,更多的關注已經投入到研究設計參數(shù)對性能的影響和離心風扇的噪音上。Boltezar等人。2研究了不規(guī)則的葉片間距汽車交流發(fā)電機徑向風機在全部SPL和噪聲譜中的影響。在他們的研究中,他們計算SPL，光譜值理論，幾種類型的值和比較風機不同葉片間距來測量結果。他們發(fā)現(xiàn),改變葉片間距不會顯著改變總SPL。然而,聲功率在幾個諧波的重要分散被發(fā)現(xiàn)與不規(guī)則的風扇葉片間距,從而允許減少警笛的效果。他們從理論上預測這種現(xiàn)象并在實驗證實它。Jeon3使用離散渦方法(數(shù)字式電壓表)來描述離心風機的流場。他采用了Lowson4方程以獲得聲遠場信息從葉片上的不穩(wěn)定的力量波動。他的研究的目的是探

5、討旋轉速度的影響,流速,截止距離,葉片上的噪音。Cho and Moon5通過求解二維(2 d)不可壓縮n - s方程來計算使用的非定常粘性流場的橫流風機。他們開發(fā)了FWH方程來預測聲壓力和研究聲受益不平衡的葉輪葉片間距。表1：參考風機的幾何特性。 葉輪va160參考描述 價值葉片數(shù) 39葉輪寬度 70mm葉片弦長 26.2 mm葉片厚度 1mm葉片入口角 5葉片出口角 70葉片形 圓弧 圖1：刀片間角分布葉輪進口直徑 120mm葉輪出口直徑 160mm轉速 3000 rpm 葉片數(shù) 蝸殼 入口直徑 120mm出口尺寸 100 *76 mm蝸舌半徑 5mm 蝸舌的位置 90毫米的半徑 蝸殼形狀

6、 對數(shù)定律 圖2：調查粉絲的幾何形狀Ballesteros tajadura等人。6一三完全不穩(wěn)定的三維數(shù)值模擬在整個非定常流葉輪蝸殼配置一個印度試驗離心風機。他們獲得的壓力波動在一些地方，在蝸殼壁，他們發(fā)現(xiàn)了一個很好的數(shù)值模擬與實驗結果的一致性結果。在這項研究中，無論是數(shù)值模擬和實驗研究方法是用來評估在設計參數(shù)的影響對離心風機和它們的影響的非定常流，在氣動性能。 2球迷介紹在這項研究中，四個葉輪（va160，va160d，va150，va160e）設計的各種幾何參數(shù)在同一蝸殼的研究。我的va16039葉螺旋槳作為參考。COM相對于va160，呈現(xiàn)不規(guī)則的va160d刀片間距，有二的va150

7、不同葉輪出口直徑（150毫米），和va160e只有19刀。主要的通用電氣參考的葉輪ometrical特點和VO琵琶套管列于表1。關于va160d葉輪、葉片間距分布分布已經使用下列方程本文作者提出： 在k = 50，Z = 39，N = 3。這個方程給出了葉片間距角度為竇*正弦函數(shù)的葉片數(shù)B（參見圖1）。這個va160風扇有一個恒定的刀片間距角度9.23度。圖2描述了四種葉輪的幾何形狀的聯(lián)合國在考慮。這些參數(shù)已被改變一個完整的三維計算機輔助設計模型（計算機輔助設計）為了建立原型實驗研究等。 3.實驗工作已經進行了整體測量的測試在圖3上設計和建造的LEMFI顯示榮盛根據(jù)ISO 5801標準。為了使

8、這些測量成為可能，這種規(guī)范化的管安裝放置在離心風機的上游。 （a） （b）出口 離心風機 收斂管 旋轉軸 隔膜 與進氣管圖3：試驗臺和壓力uctuations測量at the蝸殼舌（A）以及素描實驗設施（B）可能不同的流量通過改變一個直徑社會板（膜）。旋轉速度由一使用光學式轉速表頻率轉換器和測量在0.1%的精度。對于每一個給定的直徑器，通過離心風機提供的靜態(tài)壓力用微壓計測量（精度1%）。前實驗工作也由墻的測量蝸殼壓力波動。因此，一個公司01分貝米特拉維40 BH 1 / 4。壓力麥克風目前有0.2分貝的不確定性已經被安裝在蝸舌表面。此外，一個阿?，m01分貝米特拉維40 AE 1 / 2。自由場

9、麥克風帶有0.2分貝不確定，受保護的鼻子錐，已被用于或測量聲壓力。這些聲學測量測試已在消聲室中進行（5.9×4.4×4.25米）。背景聲壓級為18分貝和切O頻率為75 Hz。為了使這些測量可能的話，風扇已經適應了一個小密封盒（0.6米×0.6米×0.6米），并符合國際標準組織5801檢驗標準。一個自由場麥克風被放置一米遠離風扇旋轉軸在同一方向的出口管（見圖4）。后校準操作，麥克風信號已進入個人計算機為基礎的數(shù)據(jù)采集定位系統(tǒng)，和數(shù)據(jù)使用窄帶寬度分析。為了比較不穩(wěn)定的流動行為在同一個操作點（500立方米/小時調查的球迷，680帕），風扇轉速已確定試驗。因此，

10、對va160轉速，va160d，va150，和va160e設置為3000轉，3000轉，3200轉，2900轉，分別。4、數(shù)值模擬考慮旋轉的不穩(wěn)定的相互作用葉輪葉片和固定風扇殼和理解內部流動，基于數(shù)值模擬有限體積數(shù)值方法采用FLUENT 6.2碼計算所得。給定的幾何參數(shù)表1中采用了以生成計算國際域名已被分為兩個區(qū)域：一種旋轉區(qū)域，包括葉輪和靜止區(qū)域。這種配置考慮葉輪和蝸殼之間的間隙。入口和風機的出口表面已被擴展以保證數(shù)值穩(wěn)定性和減少邊界條件因素方面。所得到的計算域如圖5所示。由此產生的幾何形狀已被用來建立一個混合網格。在網格重新進行了研究和適應流動形態(tài)最小元失真，高梯度區(qū)域達到所需的分辨率。這

11、項研究的細節(jié)在以前的文章younsi等人報道。 7，8 。保留網格的一個例子 （a） （b） 圖4：在消聲室的聲學測量（一）素描實驗裝置（乙） （a） (b)圖5：幾何的流域建模 圖6：保留對va160風扇網格 如圖6所示。所有的網格生成的四球迷包含約二百萬個元素。關于數(shù)值模擬參數(shù)，速度城市入口和壓力出口邊界條件已分別應用于入口和出口。根據(jù)他的 9 ，一個固定質量流量在COM口計算域的身體不適合非定常計算弱，特別是考慮到轉子/定子相互作用?；瑒泳W格技術已被應用到為了使非定常相互作用的接口葉輪與蝸殼之間。湍流被K- SST模型 10 模型。SST模性能進行了研究，在大量的驗證誤碼率 11 。它已

12、被證明執(zhí)行非常好不良壓力梯度的空氣動力流動。馬克斯允許殘留量低于或等于104。執(zhí)政方程已經解決了使用隔離的求解器，和一個中心的簡單算法已被用于壓力速度耦合。時間依賴項計劃是美國證券交易委員會二階。101325帕的壓力已被應用到的出口，和一個合適的值已被確定為入口。CFD模擬程序開始非定常流用凍結轉子法計算。在這種情況下，葉輪和殼體的相對位置不改變在計算過程中。對于非定常計算，網格在計算過程中改變它們的相對位置葉輪的角速度。時間步長非定常計算已被設置為5.105秒。這個所選時間步長與即時通訊的轉速有關螺旋槳是足夠小，以獲得必要的時間分辨率由于葉片通道的現(xiàn)象和捕捉到的現(xiàn)象與蝸殼壁相互作用。它與于1

13、 / 400葉片通過期間。這一步有已接近由以下公式： 在的設置為2毫米不穩(wěn)定的計算進行了七個即時通訊螺旋槳轉速，和得到的時間數(shù)據(jù)已保存為每個時間步。在窗口的時間信號采用漢明窗函數(shù)，每個記錄的樣品已快速傅里葉變換（FFT）處理（Pref = 2×105 Pa），然后氣動壓力譜已終于得到。5、氣動計算（FW-H方程的） 12，13 ，本質上是一個非瞬時波動方程可以得出利用連續(xù)性方程和納維-斯托克斯方程。這個FW-H方程可寫成如下： 首先亮電源（3）是單極（厚）和偶極子（加載）源，分別基于它們的數(shù)學結構。單極源項噪聲產生的液態(tài)位移為體傳遞模型。偶極子或加載源項模型的噪聲，結果從非定常運動的

14、力車身表面的分布。這兩個來源都是表面的來源，即，它們僅在表面上的f= 0利用狄拉克函數(shù)表示（F）。第三術語是一個四極源項，在整個卷是數(shù)據(jù)表面為Heaviside函數(shù)H（f）表示外部。使用自由空間的格林函數(shù)（g）/ 4G =T + R / A0），溶液（3）得到。因此，完整的解決方案由表面積分和體積積分。的表面積分的貢獻從單極和偶極聲源和部分從四極源，如果整合面是不透水的。體積積分的貢獻代表四極（體積）的來源，在該地區(qū)以外當流動是亞源表面變小。因此，體積積分被忽略。最后， （5）這兩個條件（5），PT（x，t）和PT（x，t）的權利，厚度和負載條件，分別給出 （6） （麥克風的位置） （集成域中

15、使用FW-H方程）圖7：聲場的計算和積分的位置作用域 方括號中的（6）表示系統(tǒng)內核積分計算相應的延遲時間是內德如下： （8）出現(xiàn)在各種帶量（6）是向量的內部產品和隱含的單位向量下標。例如， （9）在輻射和氮的單位矢量表示壁法線方向，分別。點過一個變量表示源時間地變化的波動變量穩(wěn)定后采用URANS計算，對壓力和速度波動葉輪表面已提取2000次，然后，在接收端計算出聲壓信號在氣動計算過程中收集的源數(shù)據(jù)的位置。重要的是要陳述存在蝸殼是忽視了這種方法（自由場輻射）。為了這個原因，聲壓計算已在圖7所示的位置進行。6、 氣動結果與討論在表2中可以看出，va160d風扇（不規(guī)則葉片間距）具有相同的特征風扇（

16、va160）。這一結果表明，在葉片間距的變化并不明顯明顯改變風扇的氣動特性。相比于其他的球迷，這va150提出更好的效率由于其較小的出口半徑，有助于最大限度地降低軸扭矩施加在程度的葉片脫層。然而，壓力下降是通過增加轉速3200rpm時補償。此外，該va160e風扇提供了一個更好的效率相比于va160和va160d球迷。事實上，減少葉片的數(shù)目有助于通過葉輪葉片網格的空氣動力損失最小化。然后，以產生所要求的風機特性（680pa），葉輪轉速降低到2900轉。 圖8顯示的瞬時速度場在va160，va160d，va150的正中面，和va160e風扇，各自地。根據(jù)這些數(shù)字，通過葉輪的旋轉產生的蝸殼為靜壓動

17、壓轉換可以看出。一個非齊次的速度分布在蝸殼舌部與葉輪之間的間隙的外圍區(qū)，具有很高的速度梯度。蝸殼舌部的作用是驅動流動對風扇出口也提出流動的奇異性。在蝸殼形狀創(chuàng)建一個幾何不對稱的影響的速度和壓力分布。va160和va160d風扇之間的比較表明，葉片間距的變化并不明顯改變整個風扇的流動場。另一方面，該va150風扇提出了在葉輪周邊更均勻的流動場，特別是在蝸殼舌部區(qū)域。在這樣的配置，蝸殼舌部和旋轉葉片之間的相互作用是通過減少蝸殼舌部與葉輪外圍之間的徑向距離最小化。根據(jù)圖8，與較小數(shù)量的va160e誤碼率的葉片產生一個非齊次流動場，特別是在葉輪的邊緣。類似的結果在 14 關于在離心泵流動場影響葉片數(shù)的

18、因素。表2：氣動特性圖8：瞬時速度場在子午面（0.14秒）通過增加旋轉速度為3200轉7、壁壓波動光譜分析在壓力波動的時間歷程研究了節(jié)點在蝸殼舌部示于圖9對應的譜分析。怒江數(shù)值結果與實驗數(shù)據(jù)。CON中va160和va150球迷，一個很好的協(xié)議被發(fā)現(xiàn)之間的測量數(shù)據(jù)和數(shù)值計算，特別是在葉片通過頻率（BPF）和較低的頻率。光譜的壓力波動水平計算，這些球迷的測量表明，主導模式發(fā)生在1950赫茲和2080赫茲，分別。這些頻率點對應的帶通濾波器。在光譜中的其他顯性峰的情況下觀察到的諧波頻率。這是由于自然的葉輪和蝸殼舌部之間相互作用產生小干擾。因此，相應的諧波被隱藏的寬帶信號分量。這可能會產生信號的音調主要

19、成分的相互作用是由于葉輪外圍靠近蝸殼舌部的存在。對于va160比va150壓力波動水平在BPF譜高。這個va150呈現(xiàn)較小的徑向距離之間的葉輪和蝸舌，以及氣動相互作用旋轉和固定的區(qū)域是不太重要的。關于va160d風扇的行為，壁面壓力波動被低估的測量。對于這些高壓波動，壓力麥克風飽和，和真正的信號是不充分的閱讀。這種現(xiàn)象之間的比較說明數(shù)值和實驗信號的振幅隨時間。然而，實驗信號的整體形式是在良好的協(xié)議與計算流體力學的預測。時間信號信號表明一段所有三葉集團每對應于三葉圖案的革命150HZ。另一方面，分裂的離散頻率從帶通濾波器分離為150的倍數(shù)。關于非定常壓力所產生的va160e風扇，由于麥克風現(xiàn)象坐

20、觀察時間。觀察到2個高的顯性峰在帶通濾波器（950 Hz）和第二諧波頻率（1900赫茲）?？梢钥闯?，壓力波動水平在這些頻率是va160e比va150高。最后，對四種光譜的分析結果表明數(shù)值和實驗數(shù)據(jù)不匹配。旋轉 時間（s） 頻率（HZ） 旋轉 （a） VA160 時間（s） 頻率（HZ） (b) VA160D旋轉 時間（s） 頻率（HZ） (c) VA150旋轉 時間（s） 頻率（HZ） (d) VA160E 圖9：壁面壓力波動與相應的光譜分析（va160，va160d，va150，和va160e）（頻率分辨率=12.5HZ） 頻率（HZ） 頻率（HZ） (a) VA160 (b) VA160D

21、 頻率（HZ） 頻率（HZ） (c) VA150 (d) VA160E圖10：聲學壓力的調查的球迷-（頻率分辨率= 12.5赫茲）某些頻率（約4000赫茲）。這截止頻率是網格分辨率有關，它代表了頻率分辨上限所采用的數(shù)值模擬。更精細的網格，再加上大渦模擬計算，可以提高這些結果之間的匹配。因此，得到的數(shù)值結果從4000Hz至8000Hz的頻率范圍內沒有物理意義意義。這部分的信號稱為“數(shù)值噪聲是由于數(shù)值處理方面。因此，最大頻率FMC合理解決由局部網格間距是 15 （10）另一方面，前彎葉片遭受的一些復雜現(xiàn)象與流動分離相關并對葉片進口角導致液體顆粒與葉片前緣之間的強相互作用。這些現(xiàn)象無法用URANS方

22、法充分建模。8、聲學結果與討論由四個調查所產生的聲學信號球迷如圖10（1），10（乙），10（三），和10（3），分別。實驗數(shù)據(jù)進行比較的URANS / FW-H計算。在遠領域得到這些信號的分析表明，在近場和遠場領域獲得的非定常壓力之間的關系。因此，在壁面壓力波動水平段引用的話也都是有效的在本節(jié)。四信號顯示2峰在300HZ和600HZ，分別與風扇電機的簽名相關，這并不取決于反滲透轉速。表3：數(shù)值和實驗SPL值（va160）表4：數(shù)值和實驗SPL值（va160d） 表5：數(shù)值和實驗SPL值（va150） 表6：數(shù)值和實驗SPL值（va160e）表4，3，5，和6之間的比較在卓越頻率的數(shù)值和實驗結

23、果頻率。（BPF及其諧波）的調查的球迷。可以看出，通過數(shù)值給出的SPL值計算是低于測量數(shù)據(jù)（5到8分貝）。這些二差異部分代表重新思索與再并不是把實驗設備包含考慮到在FW-H方程（免費場輻射）。在另一方面，數(shù)值模擬還沒有被使用為了預測寬帶噪聲。根據(jù) 13 ，URANS計算不能充分提供的表面寬帶噪聲預測所需的壓力波動等。這句話說明了二差異對寬帶信號組件之間的數(shù)值和實驗結果。因此，該預顯不能部分用聲信號由音調噪聲產生由流不穩(wěn)定之間的相互作用和旋轉ING的葉片和蝸殼。根據(jù)表4，va150風扇產生的聲壓比va160風扇顯示距離減少葉片邊緣和蝸舌可以最大限度地減少產生的噪聲降低（4dB的BPF）。關于va

24、160e風扇，它給出了最高聲壓級的COM相對于其他的球迷。這一結果表明，減少葉片的數(shù)量會產生強烈的空氣動力間行動（在蝸舌和旋轉葉片），有助于強化音調噪聲在BPF。9、結論 在影響設計參數(shù)對離心風機的非定常流現(xiàn)在已采用數(shù)值模擬與試驗研究。研究表明，這種影響與不規(guī)則葉片間距，葉片數(shù)，和葉輪的外圍和蝸殼舌部之間的徑向距離等有關。壁面壓力波動和遠場噪聲信號之間的相關性已被發(fā)現(xiàn)。將這項工作擴大到以下工作是很有意思的：（一） 采用大渦模擬方法來喂聲學模型；(i)利用大渦模擬方法對聲學模型進行分析(ii)利用激光多普勒測速儀（LDV）和粒子圖像測速技術（PIV）技術來研究非定常速度場；(iii)包括在FW-

25、H方程中的殼體因素。命名A0：遠場聲速米/秒f= 0：描述源表面的功能： 葉輪葉片表面F：頻率赫茲FMC：網格截止頻率赫茲G：格林函數(shù)=T + R / C H（f）：Heaviside函數(shù)K：葉片分布系數(shù)COE M：本地馬赫數(shù)向量源 相對于框架固定到原狀中，組件MI N：轉速轉n：葉片重復數(shù)nj:單位法向量P：聲壓pij：壓縮應力張量pref：參考壓力巴勒斯坦R：觀察者與來源的距離 R2：葉輪半徑M.T：觀察時間Tij：光照不應力張量巴勒斯坦u：速度擾動米/秒uj：在xi向流體速度在 米/秒un：正常方向的流體流速vi：在xi向表面速度米/秒vn：表面速度在正常方向米/秒x：觀察者位置向量z：

26、刀片計數(shù)（F）：狄拉克函數(shù)：電池尺寸毫米PS：由風扇巴勒斯坦產生的靜壓S：單元格大小在葉輪周邊毫米t：時間步的b：刀片間距角度：密度公斤/立方米：源時間的：E效率 % 下標b: 刀片計數(shù)L: 加載噪聲分量T: 厚度噪聲分量0: 表示液體在靜止介質中的變量。致謝作者希望感謝允許他們（研究所和協(xié)調應急處置聲學/音樂）利用其消聲室。參考文獻 1 國際標準化航空公司5801，“工業(yè)風機性能測試使用標準化航空公司，”1997。 2 M. boltezar，M.梅薩里奇，A. kuhelj，“在影響不均勻的葉片間距對SPL和徑向風扇噪聲譜，“聲音和振動，216卷，4號pp.697雜志，711，1998。 3 W. H.先生，“E等設計參數(shù)對離心風機噪聲特性的數(shù)值研究，“聲音和振動，265卷，第1頁221雜志，2302003?！?】M.V. Lowson，“奇異的聲音運動場，“在倫敦，英國皇家學會學報A輯，286卷，1407號，559頁572，1965。 5 Y. Cho和Y J的月亮，“變螺距交叉離散噪聲預測低迷的非定常Navier斯托克斯計算，“流體工程，125卷，第3頁543雜志，550，2003。 6 R. Ballesteros tajadura，S.貝拉爾德蘇，J.P.克魯茲桑