空調(diào)室內(nèi)機(jī)橫流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部流動(dòng)及氣動(dòng)聲學(xué)研究.pdf

1、目前橫流風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)效率和氣動(dòng)噪聲問(wèn)題引起了越來(lái)越多的關(guān)注。首先，橫流風(fēng)機(jī)具有獨(dú)一無(wú)二的幾何結(jié)構(gòu)，在居家、商業(yè)和工程領(lǐng)域上的應(yīng)用非常廣泛。其次，橫流風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)與其它類(lèi)型的風(fēng)機(jī)有著顯著區(qū)別，如氣流兩次通過(guò)葉柵、在葉輪內(nèi)部的偏心渦結(jié)構(gòu)等，迄今為止針對(duì)橫流風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法還很不完善。因此，研究橫流風(fēng)機(jī)內(nèi)流特征和氣動(dòng)聲源特性，考察葉輪幾何特征對(duì)氣動(dòng)特性的影響，并在此基礎(chǔ)上探討風(fēng)機(jī)性能和噪聲的評(píng)價(jià)方法，小僅具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，也具有重要的理論

2、意義。
　　 本論文以某型號(hào)空調(diào)室內(nèi)機(jī)所使用的橫流風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，建立了氣動(dòng)-聲學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置，詳細(xì)測(cè)量了具有不同葉輪幾何特征的橫流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)及空調(diào)室內(nèi)機(jī)系統(tǒng)的氣動(dòng)性能和噪聲特性，討論了橫流風(fēng)機(jī)及空調(diào)室內(nèi)機(jī)系統(tǒng)氣動(dòng)，聲學(xué)性能的評(píng)價(jià)方法，重點(diǎn)分析了葉輪幾何特征變化對(duì)氣動(dòng)，聲學(xué)特性產(chǎn)生的影響。
　　 內(nèi)流場(chǎng)的研究是開(kāi)展氣動(dòng)-聲學(xué)研究的基礎(chǔ)。本文采用PIV激光測(cè)試系統(tǒng)對(duì)橫流風(fēng)機(jī)的進(jìn)口及出口流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，由于橫流風(fēng)機(jī)葉輪封閉，本研

3、究對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行細(xì)致的改裝后，采用三孔氣動(dòng)探針從葉輪側(cè)面伸入，詳細(xì)測(cè)量了葉輪內(nèi)部區(qū)域的流場(chǎng)。測(cè)量結(jié)果較為全面地展示了橫流風(fēng)機(jī)內(nèi)部的特殊的流動(dòng)彤態(tài)，重點(diǎn)討論了當(dāng)葉片外周角改變時(shí)所引起的流場(chǎng)形態(tài)的變化。此外，在橫流風(fēng)機(jī)的主要聲源面-蝸舌和蝸殼固避埋設(shè)動(dòng)態(tài)壓力傳感器陣列，測(cè)量了具有不同葉片外周角度的葉輪掃過(guò)固壁表面產(chǎn)生的非定常壓力脈動(dòng)特征。
　　 本文同時(shí)采用商用軟件FLUENT對(duì)具有不同葉片外周角的橫流風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)展開(kāi)非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模

4、擬。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步揭示了橫流風(fēng)機(jī)進(jìn)出口不均勻流動(dòng)形態(tài)及葉柵做功和流動(dòng)損失機(jī)理，深入分析了葉片外周角變化對(duì)內(nèi)部流動(dòng)形態(tài)產(chǎn)生的影響。通過(guò)非穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果得到了固壁表面的壓力脈動(dòng)特征，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，討論了橫流風(fēng)機(jī)表面聲源的分布特點(diǎn)，并且考察了葉片外周角度變化時(shí)對(duì)聲源特征的影響。
　　 本文在橫流風(fēng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究基礎(chǔ)上，完善了橫流風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)的平均流線法。把偏心渦回流區(qū)域假設(shè)為相對(duì)封閉的環(huán)流區(qū)域，將橫流風(fēng)機(jī)流場(chǎng)劃分成

5、偏心渦同流區(qū)和通流區(qū)，并通過(guò)數(shù)值計(jì)算結(jié)果考察了偏心渦同流區(qū)域的特征尺度在節(jié)流條件下的變化。根據(jù)主流區(qū)域的流動(dòng)特點(diǎn)，分別建立了相應(yīng)的損失模型。其中，主流葉柵區(qū)域的壓升及流動(dòng)損失采用Powell的半經(jīng)驗(yàn)葉柵理論建立，針對(duì)橫流風(fēng)機(jī)葉柵的不均勻來(lái)流特點(diǎn)，對(duì)葉柵進(jìn)氣攻角的周向分布進(jìn)行了假設(shè)。通過(guò)計(jì)算詳細(xì)比較和討論了不同葉輪在葉柵局部區(qū)域所產(chǎn)生的理論及實(shí)際壓升和流動(dòng)損失，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，證實(shí)了所建立的平均流線方法可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了外周角度變

6、化時(shí)橫流風(fēng)機(jī)的總壓和靜壓曲線。
　　 本文發(fā)展了考慮橫流風(fēng)機(jī)葉輪節(jié)間交錯(cuò)特征及風(fēng)機(jī)軸向長(zhǎng)度的氣動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)方法。首先在葉輪的相鄰交錯(cuò)節(jié)對(duì)應(yīng)的固擘表面分別埋設(shè)動(dòng)態(tài)壓力傳感器，并對(duì)近場(chǎng)壁而壓力脈動(dòng)的時(shí)域結(jié)果進(jìn)行互相關(guān)分析，證實(shí)了交錯(cuò)葉輪不同節(jié)的葉片掃過(guò)周?chē)瘫谒a(chǎn)生的壓力脈動(dòng)存在時(shí)域差，并且時(shí)域差與葉輪節(jié)間交錯(cuò)的角度和轉(zhuǎn)速之間存在關(guān)聯(lián)。噪聲預(yù)測(cè)基于非穩(wěn)態(tài)CFD模擬獲得的近場(chǎng)盧源表面的壓力脈動(dòng)結(jié)果，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論對(duì)帶有交錯(cuò)特征的橫流風(fēng)機(jī)葉

7、輪軸向各節(jié)對(duì)應(yīng)的近場(chǎng)聲源時(shí)域特征進(jìn)行假設(shè)，采用FfowesWilliams-Hawkings方程的Farassat IA積分形式的解進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果給出了橫流風(fēng)機(jī)近場(chǎng)蝸舌、蝸殼及旋轉(zhuǎn)葉輪的聲源分布特性，分析了葉片外周角度改變時(shí)，聲源特征的變化。其次，計(jì)算得到了具有三種不同交錯(cuò)角度的葉輪的室內(nèi)機(jī)遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲的時(shí)域和頻域結(jié)果，以及各階離散噪聲的指向特性，并且在計(jì)算中考察了橫流風(fēng)機(jī)軸向長(zhǎng)度對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。將計(jì)算所得結(jié)果與詳細(xì)的聲學(xué)測(cè)量結(jié)果相對(duì)

8、比，討論了計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。
　　 最后，針對(duì)橫流風(fēng)機(jī)葉輪軸向較長(zhǎng)并分節(jié)交錯(cuò)的幾何特征，將葉輪各節(jié)簡(jiǎn)化為近場(chǎng)存在脈動(dòng)時(shí)域差的點(diǎn)源，提出了陣列的點(diǎn)源模型用于橫流風(fēng)機(jī)節(jié)間交錯(cuò)角度的低噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)。將計(jì)算結(jié)果與聲學(xué)預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，證實(shí)了模型簡(jiǎn)化的合理性。通過(guò)模型的計(jì)算結(jié)果重點(diǎn)分析了不同轉(zhuǎn)速條件下，葉輪節(jié)間交錯(cuò)角度與風(fēng)機(jī)各階離散噪聲間的關(guān)系，并對(duì)葉輪交錯(cuò)角度進(jìn)行低噪聲優(yōu)化，優(yōu)化后的葉輪相比原葉輪在氣動(dòng)性能不變的前提下，氣動(dòng)噪聲