基于CFD/CAA的轴流风扇噪声分析与降噪设计

摘要

轴流风扇是广泛用于电子设备冷却系统的一类流体机械。随着电子设备的普及以及人们对噪声污染问题的日益重视，轴流风扇的声学性能也开始备受关注。噪声已成为风扇选型的重要指标以及研发和设计的重点考虑因素。在保证轴流风扇冷却性能的同时降低其气动噪声具有重要意义。本文以某轴流风扇为研究对象，基于计算流体力学和计算气动声学理论、数值仿真方法及试验手段分析了风扇的流场和声场特性，并在此基础上提出相应的降噪优化设计方案。本文主要研究内容如下：
　　（1）轴流风扇流场和声场数值仿真方法研究。对比分析和研究了不同湍流模型在风扇流场定常数值模拟中的适用性以及非定常的雷诺平均方法和大涡模拟方法在风扇气动噪声的数值预测精度。最终确定了采用RNGk?ε模型进行流场定常数值模拟以及采用LES模型和FW-H方程相结合的声类比方法进行声场预测。研究了轴流风扇几何模型建立、网格划分策略以及边界条件的设置方法和步骤。通过风扇的静特性试验和声学试验验证了相关的数值仿真结果及结论，表明了数值仿真方法的合理性、可行性和有效性。
　　（2）轴流风扇流场和声场特性分析与研究。通过对定常和非定常流动的数值模拟，得到速度、压力、湍动能和涡量等流场参数的分布规律，并掌握了风扇的内流特性。结合流场分布特性和相关声学原理研究了轴流风扇的流动发声机理、噪声源的主要位置以及噪声的指向性。通过对设置在叶片前缘、叶顶以及叶片尾缘不同位置处的噪声监测点在不同工况下的分析，得到了气动噪声的分布特性和相关变化规律。
　　（3）轴流风扇降噪优化设计。根据气动噪声的产生机理和产生位置，分别研究了叶顶间隙、分流叶片和叶片穿孔对原轴流风扇流场和声场特性的影响规律并提出了相应的降噪优化方案。通过改型前后的流场对比，解释了上述方案的降噪机理。通过对改型前后不同工况下的气动噪声的数值预测以及实物样品加工和试验验证，对比研究了各方案的降噪效果，并对各方案的适用性和特点进行了归纳总结。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 轴流风扇概述

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究内容与技术路线

第二章 轴流风扇流场定常数值仿真

2.1 计算流体动力学基础

2.2 流动控制方程

2.3 湍流模型

2.4 计算模型建立

2.5 轴流风扇流场特性分析

2.6 本章小结

第三章 轴流风扇声场非定常数值仿真

3.1 计算气动声学基础

3.2 声学控制方程

3.3 气动噪声数值模拟方法研究

3.4 轴流风扇气动噪声声场特性分析

3.5 本章小结

第四章 轴流风扇降噪优化设计

4.1 轴流风扇降噪方法概述

4.2 叶顶间隙对风扇性能的影响研究

4.3 分流叶片对风扇性能的影响研究

4.4 叶片穿孔对风扇性能的影响研究

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献