基于流場(chǎng)數(shù)值模擬的無葉風(fēng)扇噪聲的預(yù)測(cè).pdf

1、造型獨(dú)特的無葉風(fēng)扇具有吹風(fēng)穩(wěn)定、風(fēng)量大、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，因此受到了人們的廣泛關(guān)注，其衍生品還加入了暖風(fēng)、空氣凈化、除菌加濕等功能，其市場(chǎng)前景較為開闊。目前國(guó)、內(nèi)外對(duì)無葉風(fēng)扇的研究公開報(bào)道很少，缺乏相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論。為此對(duì)無葉風(fēng)扇進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬和氣動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)研究，不僅可以探索用于優(yōu)化無葉風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的方法，也為深入研究無葉風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲的形成機(jī)理和制定降噪措施提供理論支持。
　　全文采用數(shù)值方法，按照“穩(wěn)態(tài)CFD→瞬態(tài)CFD→CAA”的

2、總體思路，對(duì)無葉風(fēng)扇的穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)、瞬態(tài)流場(chǎng)及氣動(dòng)噪聲進(jìn)行研究。
　　穩(wěn)態(tài)CFD部分：
　?。?）以k-RNG模型對(duì)無葉風(fēng)扇進(jìn)行全流域的穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，所得數(shù)值結(jié)果與Dyson公司公布的結(jié)果吻合，通過穩(wěn)態(tài)Lilley聲源模型方法定位無葉風(fēng)扇的氣動(dòng)聲源，結(jié)果表明無葉風(fēng)扇的氣動(dòng)聲源主要集中于“渦輪旋轉(zhuǎn)區(qū)”、“狹縫區(qū)”及“柯恩達(dá)面區(qū)”，其中“狹縫區(qū)”和“柯恩達(dá)面區(qū)”的氣動(dòng)聲源強(qiáng)于“渦輪旋轉(zhuǎn)區(qū)”。
　?。?）將狹縫拐角圓角化處理后，

3、狹縫拐角下游位置處的聲源（Lilley聲源模型）核心消失。隨拐角半徑增大，狹縫出口下游位置的聲源核心逐漸變小，但是流量有所降低，建議狹縫拐角半徑采用2~3mm。
　　（3）對(duì)風(fēng)圈翼型截面模型執(zhí)行二維穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬研究擴(kuò)張面彎度對(duì)無葉風(fēng)扇流場(chǎng)特性的影響，結(jié)果表明擴(kuò)張面向內(nèi)彎和向外彎均能提高無葉風(fēng)扇的流量和改善流場(chǎng)內(nèi)的速度分布，同時(shí)向內(nèi)彎優(yōu)于向外彎，建議向內(nèi)的彎度介于文中的CUR1和CUR2之間。
　　瞬態(tài)CFD部分：
　　

4、將第一部分中的穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)信息映射為瞬態(tài)數(shù)值模擬的邊界條件，利用譜方法重構(gòu)狹縫入口處的速度脈動(dòng)，然后對(duì)無葉風(fēng)扇的局部計(jì)算域執(zhí)行非穩(wěn)態(tài)的SA DES、Smagorinsky Lilly LES和Dynamic Kinetic LES模擬，通過分析負(fù)壓區(qū)分布、壓力脈動(dòng)和Q準(zhǔn)則等，發(fā)現(xiàn)較強(qiáng)的湍流集中于“狹縫區(qū)”、“柯恩達(dá)面區(qū)”和射流尾跡區(qū)。對(duì)比三個(gè)模型的數(shù)值效果，如果特別關(guān)注流場(chǎng)信息細(xì)節(jié)和時(shí)間允許，建議采用Dynamic Kinetic LES對(duì)

5、無葉風(fēng)扇進(jìn)行瞬態(tài)數(shù)值模擬，否則選用SA DES。
　　CAA部分：
　　在瞬態(tài)數(shù)值模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，以Lighthill聲類比提取“狹縫區(qū)”及“柯恩達(dá)面區(qū)”的氣動(dòng)聲源，然后計(jì)算聲傳播，對(duì)時(shí)域及頻域聲源特點(diǎn)、軸向45°出口1m位置的聲壓級(jí)譜及其1/6倍頻程和截面聲指向性的分析表明無葉風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲主要為低頻的離散噪聲，高頻段內(nèi)的氣動(dòng)噪聲主要為湍流噪聲?；赟A DES和Dynamic Kinetic LES的預(yù)測(cè)結(jié)果吻合較好，