空調(diào)風扇系統(tǒng)結構設計與離散聲輻射關聯(lián)機制的研究.pdf

1、作為量大面廣、耗能巨大的空調(diào)器(家用及商用)及其風機系統(tǒng)，不僅因為這類低壓風機系統(tǒng)在空調(diào)器上不可缺少并在工程中有著十分廣泛地應用，而且從學科上來看，這類風機與動力用風機相比，一方面在結構配置、設計方法和內(nèi)流機制上都有著很大不同的自身特點；另方面它在性能上，雖然風壓低但風量范圍變化大且性能上有很高要求的低噪聲，氣動及聲學的綜合性能要求高，故這類低壓風機系統(tǒng)內(nèi)流的研究及其機制的把握上也并非易事，特別是在它內(nèi)流中的渦-聲現(xiàn)象及其相互作用問題，

2、不少方面都還不清楚需要進行專題的更深入研究。研究表明，通過了解內(nèi)流渦結構細節(jié)及渦特性，尋求渦場與流場速度三角形相匹配，可以達到提高空調(diào)風機氣動-聲學性能的目的。為此，本文通過數(shù)值仿真和實驗測試手段對空調(diào)風輪、風道結構設計與性能及離散聲輻射關聯(lián)機制開展研究，旨在為提高空調(diào)風機外特性性能、降低噪音提供依據(jù)。
　　 文中詳細給出了自行研制的高精度空調(diào)風機外特性性能試驗臺的測試原理及其設計的基本方法，比較了不同送風方式（側送/頂送）情況

3、下，多流量測量范圍（噴嘴開數(shù)9/3/1）的不同內(nèi)流結構。實驗結果表明，設計能達到流量測量的精度要求；側送風比頂送風方式有更好的測量精度；在同種送風方式下小流量范圍測量精度更高；側送風測量精度最高值在滿量程的1/3 到2/3之間。文中分析并指出了影響頂送風方式測量精度的原因在于轉彎處分離流動對測量流道的堵塞。并對整流裝置在兩種送風方式（側送/上送）下的整流效果進行了深入的數(shù)值分析。結果表明轉彎處分離流動堵塞了測量流道，并進一步影響到通過整

4、流裝置后相對噴嘴的來流均勻性，最終影響了上送風方式測量精度。通過對采用兩種送風方式整流效果的比較，探討了試驗臺多層孔板整流裝置加速主流、耗散渦流的整流機制。研究結果為類似的外特性性能試驗臺的設計及精度評估，提供了有價值的內(nèi)流依據(jù)和實測數(shù)據(jù)參考。
　　 文中數(shù)值模擬了貫流風機在啟動、變速、停止過程瞬態(tài)變化過程，分析了貫流風機內(nèi)偏心渦在變工況和變轉速時的分布特性；進一步揭示了貫流風機中的偏心渦流動及其演化機制，為改善貫流風機風道的設

5、計及其優(yōu)化和降噪提供重要的內(nèi)流特性數(shù)據(jù)。研究結果給出的偏心渦流動機制為：貫流的啟動過程，偏心渦先于貫流而形成，是由于偏心渦的存在而導致貫流的產(chǎn)生，由于旋渦偏離葉輪旋轉軸線地中心而引起了貫流，并非貫流先于偏心渦而形成；貫流的停止過程，風輪內(nèi)，從上游到下游流速快速衰減；存在于風輪內(nèi)緣附近的偏心渦，穿過葉片向下游脫落，導致葉輪內(nèi)部貫流區(qū)域擴大，加快了流速的衰減。貫流風輪的變速過程，偏心渦的位置幾乎沒有變化，風輪的變速只是體現(xiàn)在葉輪內(nèi)流速的變化

6、上。變工況時偏心渦的分布特性結果表明：當背壓提高時，貫流風機內(nèi)部的偏心渦所卷區(qū)域增大，偏心渦卷吸作用增強，橫穿葉輪內(nèi)部的貫流通流面積減弱；位于蝸殼進氣邊附近的低能區(qū)域增加；背壓增加時，偏心渦在周向上朝遠離蝸舌的方向移動，在徑向上向葉輪的中心移動；當背壓不變時，提高或降低貫流風機的轉速，偏心渦的位置基本不變；風機流量的改變是由于葉輪圓周速度改變的結果，并非是偏心渦位置變化而引起流量的變化。
　　 本文提出采用一種新型的不等距蝸舌（

7、這里統(tǒng)稱為斜蝸舌）在提高風機的外特性性能的同時，相對降低噪聲。通過試驗與數(shù)值模擬，比較直葉片式、斜葉片式貫流風機分別用直蝸舌和斜蝸舌時內(nèi)流、外特性及噪聲頻譜。對內(nèi)部流場進行數(shù)值分析，發(fā)現(xiàn)與采用常規(guī)蝸舌的貫流風機不同的是斜蝸舌貫流風機偏心渦位置隨著蝸舌間隙的變化而發(fā)生改變。探討了斜蝸舌對貫流風機內(nèi)流的影響及降噪的機制。
　　 研究采用兩種不同蝸殼結構的多翼離心風機，應用商業(yè)CFD軟件對多翼離心風機采用斜蝸殼配置的三維內(nèi)部流場進行了

8、數(shù)值分析，并與常規(guī)直蝸殼內(nèi)部的流動進行了對比。數(shù)值分析結果表明：多翼離心風機采用斜蝸殼能明顯改善其內(nèi)部流動特征，消除風機底盤近蝸舌位置的出口旋渦，提高風機的氣動特性，并降低噪音特性，增加風機的流量與壓力，并顯著降低氣動噪音。本研究數(shù)值計算的氣動特性結果與實驗結果基本吻合。研究了不等距的葉片分布方式在空調(diào)多翼離心風輪上的應用，提出并給出葉片的分布形式用弦函數(shù)進行調(diào)制的方法。將葉片分布在周向均勻分組，在滿足葉片旋轉的動平衡要求同時，達到較好

9、的不等距的葉片分布形式調(diào)制通道噪聲的效果。
　　 選用了四種葉片分布方案進行了噪聲對比分析表明不等距的離心風輪在風量不變的基礎上，可以起到降低噪音的效果。
　　 通過將斜流風機引入空調(diào)室外機中，探討斜流風輪與蝸殼的匹配設計問題，討論了空調(diào)室外機中后置斜流風輪的可能性。比較了斜流葉輪對稱和不對稱兩種軸向蝸殼入口方式，不對稱蝸殼靜壓分布較好；額定工況時單向渦流束取代了對稱蝸殼中的雙向渦流，從而避免了由于雙向渦流可能引起的中間

10、層的分離，以提高外特性。前緣彎掠風輪與常規(guī)斜流風輪相比，可以改善在低流速時的失速特性，提高失速裕度。合理的運用彎掠，能有效的抑制二次流的發(fā)展，減少低能流體在端壁附近的堆積。通過使用前緣彎掠葉片，斜流風機整體性能得到提升。
　　 介紹了作者在解決外機“高溫跳?！眴栴}的一些風道的研究，主要涉及到導風圈及網(wǎng)罩的改進對于外機高溫跳停問題解決的影響。從數(shù)值計算和試驗的結果看出，導風圈及網(wǎng)罩的結構形式，對于外機的送風的平直度、以及噪音都有影