衰减的横流风扇噪音使用多孔稳定剂

文摘

本文提出一种定性分析的控制横流风扇噪声通过多孔稳定剂。稳定剂最初折板。变成了多孔结构充气室,通气洞前面墙上。为了研究使用多孔稳定剂的影响,实验测量进行错流风扇气动性能和良好的辐射。与此同时,风机的内部流场数值模拟。结果表明,多孔稳定剂并没有产生相当大的影响横流风机的性能曲线,但风机的噪声辐射强烈影响。这表明控制横流风扇噪声的可行性通过多孔稳定剂与选定的孔隙度。

1。介绍

为了提高日常生活和工作的现在的室内环境,空调越来越广泛使用(1]。因为错流球迷(cff)通常有大能力的质量流量和紧凑的大小(2- - - - - -5),他们通常用于移动空调的空气。然而,CFF也是众所周知的复杂流动配置,如叶轮的不规则几何和稳定器。因此,CFF的内部流动是非常复杂的,而偏心涡是一个典型的现象(6]。CFF的插图的内部流场如图1。这些复杂性使其难以形成CFF的通用设计理论,因此,CFF的流动效率是相对贫穷的7- - - - - -9),而轴向或离心风扇。

噪声辐射CFF是关注室内环境的一个非常重要的问题。为了减弱噪声辐射CFF,古永锵et al。7和蔡等。10分别]使用倾斜稳定剂和倾斜转子。因为高空CFF大小通常是几倍的径向尺寸,可以倾斜的叶轮和/或稳定剂,以免叶片在不同的轴向位置同时通过稳定剂。另一方面,月球et al。4]试图调节叶片通过频率噪声通过random-pitch叶轮。所有这些考虑都旨在削弱涡流冲击稳定器。事实上,一些减少噪声辐射的影响通过使用这些方法来实现。

多孔介质广泛应用于声音控制。一般来说,多孔材料应用于结束声音来源,声音能量热量消散。不同于这种用法,也可以使用多孔材料控制流。一个例子是改进的多孔插入超临界翼型的气动性能减弱激波/边界层相互作用[11]。类似地,威尔科克斯(12]实验探索控制空泡流和声辐射代替腔楼一层多孔介质。赖和罗13),刘正,佩恩(14),和金姆和Chokani [15)数值研究了腔的流场与多孔墙。在他们的数值模型,正常速度在多孔表面被达西线性形式的近似压力速度。实验和数值结果表明,多孔墙布置已经极大地改变了流型,这被认为是与腔内的压力重新分配。在另一个例子中,休斯和道林(16)与刚性表面多孔衬里使用放在射流控制。吸音能力在一个范围的频率是通过理论和实验证明。在这些情况下,流过多孔表面或穿孔衬垫起着至关重要的作用。声音控制的目的,这些技术不同于声音来源的结束,这仅仅是高频声波能量热量消散。多孔介质的就业不仅可以抑制声能也改变流本身,这是声音的来源。因此控制低频声音的承诺以及高频声波(13]。

本文提出一种定性实验和数值研究噪声控制的CFF利用多孔结构。偏心涡的CFF(最大的旋涡的运动1,4,5),其位置附近的稳定器,流/结构互动如涡流发生撞击在墙上。因此,稳定剂被认为是使用多孔结构。如图2最初的稳定器CFF是折板,而是变成了多孔结构在我们的研究中。第三个墙是加入稳定剂折叠,形成一个三角形的室。排气孔钻在前面墙上。与其他CFF sound-controlling战略相比,如上面提到的,使用多孔稳定剂不会改变流的几何配置。作者的知识,这一策略使用多孔稳定器的CFF噪声控制没有被研究人员尝试。基于上述背景,本文定性探索CFF的衰减噪声的可行性使用多孔稳定剂。实验和数值模拟进行寻找定性的影响这一修改CFF的气动性能和噪声。

2。实验装置

2.1。测试风扇

测试风机是室内拼合式空调的一部分。其几何结构如图3和表1。为了简化问题,关注我们sound-controlling目的,换热器的鳍和回风烧烤了测试风扇。

2.2。空气动力学试验

风机性能试验台,如图4,据中国GB / t1236 - 2000标准工业风扇测试方法和验收条件(相当于ISO 5801:1997)。的流出测试风机排放到自由的空间,在吸入端连接到一个充气室,其上游流文丘里喷嘴的流量测量。在文丘里喷嘴下游,辅助通风机是用来克服压力损失产生的流量通过。之间的蜂窝矫直机管放在辅助通风机和充气室,以减少非均匀扰动的流入风扇进行测试。压力测量充气室,文丘里喷嘴执行使用斜血压计,导致1/10毫米的水准确性。

测试风扇是由一个提供稳压电源交流电动机。风扇的转速是由光电传感器监测和测量,并发现不同的±1%测试转速rpm。

2.3。声学测量

声学测量进行消声室,它根据ISO3745标准建造,净体积。环境噪声和截止频率的消声室20 dB和100赫兹,分别。声压信号由mp205 - 9293测量压电传感器连接到一个放大器和信号调整器,根据ISO 5151:1994标准规定的试验方法。传感器的灵敏度是50 mV / Pa。声压信号采样分析40 kHz的频率和使用快速傅里叶变换(FFT)算法和一个权重过滤器应用于汉宁窗。样品的数量为每个窗口是4096。产生噪声信号的光谱重叠用八个街区的平均值50%。

3所示。数值方法

商业CFD软件包流利(17)是用于计算CFF的内部流动。雷诺数基于流入速度和叶轮直径是11000,而风扇出口马赫数是大约只有0.017。因此,流视为不可压缩的。控制方程包括质量守恒定律和动量。关闭的动荡,所谓的标准- - - - - -湍流模型(18是就业。读者可能已经意识到存在的流过渡充气室的稳定剂,这意味着标准- - - - - -湍流模型完全湍流不是很合适。然而,本文只是定性分析而标准- - - - - -湍流模型是最经典之一,是良好的,所以它被选中。

CFF的长度由叶轮直径的6倍,而流的方向几乎是统一的,所以穿越流叶轮垂直地经常被视为二维。这样一个二维的治疗被研究人员广泛采用(1,4,5,9),也应用于本文。计算域包括欧元区内部的风扇和多孔稳定器。并延长在进口和出口处标,之后月亮的经验等。4),Toffolo et al。9施)和et al。1]。边界条件包括无滑动条件在墙上,在风扇入口速度流入条件,压力流出状况。计算采用pressure-based简单的算法(19]。对流项的离散二阶逆风方案,同时使用中心差分计算扩散。为了计算造成的非定常流叶轮旋转的风扇,采用滑动界面分离叶轮和外区周围。非定常计算的初始字段给出稳定计算用流利的编入帧(MRF)方法包。Grid-dependency检查磁流变液中进行计算,逐步细化网格。5网格有33521,56170,103513,202764,和298333个三角形细胞,分别测试。沿着linesection静态压力在的范围通过叶轮中心水平点,绘制在图5。概要文件随网格,但方差减少网格细化。当网格精制有202764个细胞,结果几乎可以忽略的策划不同之处在于,从298333年的网状细胞。202764个细胞的网格可以被视为好足以让grid-independ解决方案,并选择不稳定计算。稳定器附近的区域网格图所示6。非定常计算始于最初的字段和呢称进行策略。因为隐式时间方法,理论上行进的非定常计算时间步可以非常大。然而,太大时间步长将损害非定常计算的时间分辨率(19]。摘要行军时间步是决定根据叶轮的旋转速度和圆周网格节点的数量在滑动界面。我们的目的是使界面滑动网格的每个时间步长,这样只有一个节点压网格在滑动界面的双方总是匹配。根据这一名称,时间步长设置为1/500的时间的叶轮旋转,因为使用的网格有500均匀间隔的网格节点沿着滑动界面。期刊不稳定的解决方案是实现行进时间后相当于4到5叶轮的旋转。

4所示。结果

原来的CFF折板稳定器(描述为例)和四个多孔稳定剂被认为是。的四个气口多孔稳定剂有2000 0.3,0.5,1.0,和1.5毫米直径,分别钻在前壁行5毫米。因此,疏的总面积(定义为通气洞前墙的面积)的稳定剂0.855%,2.375%,9.5%,和21.37%,分别。为方便描述,使用这些多孔cff稳定剂是用例B, C, D和E,分别。

在上面的5例中,稳定器形状的情况下,不同于其他情况下旁边的洞。为了研究这种差异的影响,一个新的稳定器描绘成A1是考虑的比较。稳定剂的情况下A1的形状与多孔稳定剂是相同的,但是它没有前板的通气孔。图7比较在瞬间静压的轮廓,而图8比较了时间的历史压力振荡监控的点。几乎没有策划案例和案例A1的差异的结果。这些比较确认情况下A1是不必要的,因此在进一步实验和数值分析。

4.1。性能曲线和声音信号

图9是风扇的- - - - - -曲线测量的转速rpm,无量纲流量系数和压力系数分别被定义为 和流量(m³/ s)和静态压力上升(Pa)的粉丝,分别;速度(米/秒)的叶片叶轮的外部边缘。的情况下使用原来的稳定剂(情况下),曲线轮廓非常光滑。与这相比,使用多孔稳定剂的情况下测量的点(例B E)展览一些摆动,但他们基本上是均匀分布在双方的情况下a。此外,虽然孔隙度稳步增加从B到案件E,它并没有引起了明显转变的趋势- - - - - -曲线。因此,图中的摆动9更有可能造成的可能的不确定性和/或错误引起的测量,而不是使用多孔稳定剂。

的1/3倍频带光谱噪声测试CFF的不同的稳定剂,在转速测量rpm在所有情况下的最大流量,和比较,如图所示10。五个病例的光谱分布相似,他们基本上是宽带光谱。energy-containing噪声模式的频率范围从100赫兹到10000赫兹,山峰在1000赫兹。总体声压级(SPL)的粉丝表所示2。可以看出,此事B和C的SPL值低于原来的稳定器案例(案例)1.8和2 dBA,分别。然而,D和案件E SPL高于情况;SPL是增加了1.5和1 dBA,分别。结果在表2表明可能存在一个最佳的孔隙度的稳定剂,以沉默风扇SPL价值最低。但是很显然,应该进行更多的稳定剂对不同疏如果我们需要找出这种情况下实验。

4.2。流场

正如我们在介绍中提到的,偏心涡在CFF是最重要的流动现象。这是一个旋转的叶轮内流形成漩涡的出现从叶片脱落,众所周知,它的位置和强度密切相关的性能CFF [4,5]。通常,偏心涡是接近附近的稳定器,流撞击在墙上出现的地方。为了检查使用多孔稳定剂的影响流场,总压强的分布比较图11。图中所示的轮廓被在同一时刻对应的振动监测压力在一个旋转的叶轮,稍后将显示。在图11可以观察到的低谷,总压强在每个稳定器的偏心涡的情况下,分别。同时,波峰附近发现的变量也前表面稳定剂。波谷和波峰值之间的差异,以防110 Pa。与情况下相比,这样的差异情况下B, C和D是85 Pa, 90 Pa,分别和95 Pa。这意味着使用多孔稳定剂时流场变得更加均匀,有利于削弱流撞击稳定器墙上。

图12显示了瞬时流模式在偏心涡/稳定剂稳定区域和相关流动充气情况下c,因为双方的压力稳定剂的多孔墙不同,空气通过CFF可能进入或从稳定器的充气室和导致弱流。与流遍历风扇相比,这个流的稳定剂是在非常低的速度和层流。显然,流转变发生在这个地区,因此需要更复杂的湍流模型和更复杂的模拟如果这个蠕动流分析的目的是在未来。稳定剂的流动充气并通过多孔墙非常类似于所观察到的赖和罗13)在多孔空心墙流和声音控制。虽然蠕动流中只占一个微不足道的小机械能的一部分,他们被认为发挥作用的减弱流撞击在墙上。因此,压力振荡的振幅在CFF降低,监测点在图所示13。

5。结束语

提出了稳定剂的多孔strucutre衰减CFF的内部流动和噪音。多孔的结构由前墙和一个充气室。其目的是削弱涡流撞击在墙上,减少CFF的声辐射。实验和计算进行的定性分析这种噪声的方法的可行性。结果表明,多孔稳定剂并没有产生明显的副作用在风扇的- - - - - -性能曲线,但它确实产生了重要的影响辐射噪声的风扇。在四个测试多孔情况下,两个峰值较低的稳定剂有助于压制粉丝,而其他两种情况对高疏产生了相反的趋势。很弱流进出的多孔墙稳定剂被认为是发挥了重要作用在单值化压力稳定剂和偏心涡的区域,所以它有助于削弱涡流冲击稳定器墙上和减少相关的压力振荡。

确认

这项工作是财政支持的国家自然科学基金委批准号下50876031,由上海市教育委员会批准号10 zz40。

引用

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