离心风机气动噪声数值模拟与降噪设计

摘要

离心风机以其压力系数大、工作效率高、尺寸小以及拆装方便等特点，被广泛地应用在国民经济的各个领域和日常生活的诸多方面。随着科技的进步，人们对离心风机的性能要求越来越高，离心风机逐渐向着高转速、高性能的方向发展，以此而产生的气动噪声逐渐成为影响设备可靠性和使用舒适度的重要因素。因此，在保证性能的同时降低离心风机的气动噪声具有重要意义。
　　本文针对华为基站节能系统上的离心风机，根据仿真结果与实验数据提出离心风机气动噪声的优化方案，具体内容如下：
　　（1）离心风机数值仿真方法研究。分析大涡模拟、雷诺平均模型和分离涡模拟对离心风机流场和声场计算精度的影响，通过对比实验数据，为离心风机选择合适的湍流数值模拟方法；总结气动声学的基本方程，分析三种声学计算方法的应用范围，为离心风机气动噪声的计算选取正确的声源面和时间步长；介绍SRF、MRF和滑移网格三种动域处理方法的基本思想，通过二维离心风机模型验证旋转域大小对仿真结果的影响，根据实际物理环境设置合理的边界条件和求解方式。
　　（2）离心风机的仿真计算和结果分析。介绍离心风机的几何建模过程，研究网格数量对仿真结果的影响，通过风机 P-Q性能曲线和风洞实验验证流场仿真的正确性；根据声压级频谱图和倍频程图分析离心风机的气动噪声组成，研究转速和工况变化对噪声特性的影响；总结风机压力损失产生的主要原因以及涡量与气动噪声的关系，通过单体叶片模型对叶片尾缘旋涡脱落的产生原因进行分析。
　　（3）离心风机结构优化方案制定。根据压力损失的产生位置，分别提出双导流板与防涡圈优化方案，对两种方案的优化原理进行解释，通过对比优化前后的P-Q性能总结优化效果；根据涡量的分布范围，提出阶梯蜗壳与锯齿型尾缘优化方案，分析优化前后的声压级频谱图，说明优化方案的降噪原理；根据旋转噪声的特点，提出不等距优化方案，对方案的适用范围和应用特点进行分析。
　　（4）离心风机被动消声方法研究。总结吸声隔音材料的工作原理，根据材料特性设计吸声隔音式离心风机；选择合适的加工工艺对离心风机进行制造，通过风洞实验与噪声测试验证优化方案的优化效果。

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第一章 绪论

1. 1 课题研究背景与研究意义

1. 2 离心风机概述

1. 3 国内外研究现状

1. 4 课题研究内容与技术路线

第二章 离心风机数值仿真方法验证

2. 1湍流模型概述

2. 2 气动噪声数值模拟方法概述

2. 3 边界条件和求解方法

2. 4 本章小结

第三章 离心风机流场与声场的数值模拟

3. 1 离心风机流场的仿真计算

3. 2 离心风机声场的计算与验证

3. 3 风机叶片边界层的分离与脱落

3. 4 离心风机仿真结果分析

3. 5 本章小结

第四章 新型结构离心风机的设计和优化

4. 1 离心风机外壳的优化设计

4. 2 离心风机叶轮的设计与优化

4. 3 离心风机结构优化方案总结

第五章 离心风机被动消声方法研究及实验验证

5. 1离心风机的吸声隔音方法研究

5. 2离心风机的风洞实验和噪声测试

第六章 总结与展望

6. 1 总结

6. 2 展望

致谢

参考文献