基于Powerflow的流动阻挡单频噪声控制优化分析
引言
引言
在通风与空调系统领域，低速轴流风扇产生的单频噪声一直是影响用户体验与环境质量的关键因素。本案例对低速轴流风扇在冷却与空调系统中产生的单频噪声问题展开研究，懿朵科技携手达索系统，研究揭示了基于Powerflow的流动阻力控制技术在单频噪声优化方面的进展。
项目背景与挑战
项目背景与挑战
传统降噪方法如非对称叶片布局虽有一定效果，但往往会影响气动性能并可能增加宽带噪声。近年来，上游周期性流动障碍物作为一种被动控制技术被提出，实验显示其能有效抑制单频噪声且不影响整体性能，但其降噪机理尚未明确，优化设计仍依赖实验试错。因此，本研究旨在通过数值模拟与实验相结合的方式，系统揭示其降噪机制并提出高效的优化设计方法。
一、研究对象
一、研究对象
本案例以一台9叶片低速轴流风扇为研究对象，其设计转速为2500 rpm，流量为2500 m³/h。为增强单频噪声特性，在风扇下游布置了圆柱形定子杆。控制装置为安装在风扇上游的正弦波形障碍物，波瓣数量与叶片数相同。研究重点是通过优化障碍物的波瓣振幅和角位置，实现对叶片通过频率（BPF）处单频噪声的有效抑制。
图1 带下游棒状定子与外部阻挡的受控轴流风机系统
二、分析方法
二、分析方法
研究采用数值模拟与实验验证相结合的方法。实验在全消声风洞中进行，使用麦克风阵列测量远场噪声，同步监测风扇气动性能。通过对比不同波瓣振幅和旋转速度下障碍物的降噪效果，验证数值模拟的准确性并优化设计参数。
图2 实验装置
数值模拟基于格子玻尔兹曼方法（LBM），能够直接模拟噪声的产生与传播，计算网格精细，关键区域分辨率达0.5 mm。优化流程设计为最多6次模拟，包括无障碍物基准模拟、旋转障碍物模拟（用于分离噪声源）和静态障碍物验证模拟。
图3 实验和仿真对比
三、技术亮点与成果
三、技术亮点与成果
1) 高效数值模拟：项目采用格子玻尔兹曼方法（LBM）进行数值模拟，该技术能够直接模拟噪声的产生与传播，计算网格精细至关键区域分辨率达0.5 mm，确保了模拟结果的准确性。
2) 明确降噪机理：研究发现，障碍物波瓣后方产生的涡环结构与叶片相互作用后，在叶片前缘形成次生噪声源，通过与主噪声源抵消实现降噪。
3) 优化设计参数：通过系统研究，懿朵科技确定了最优波瓣振幅和角位置，实现了在BPF处10–15dB的显著噪声衰减。同时，验证了障碍物的频率选择性和次生源声压级与波瓣振幅的线性关系。
图4 不同形式障碍物下声功率谱对比
4) 气动性能影响小：实验结果表明，障碍物对风扇压升的影响仅为3–5%，几乎不影响系统的整体性能，展现了该技术良好的工程应用前景。
图5不同叶瓣幅值声压级对比
四、结语
四、结语
项目在全消声风洞中进行实验验证，使用麦克风阵列精确测量远场噪声，并同步监测风扇气动性能。通过对比不同波瓣振幅和旋转速度下的降噪效果，验证了数值模拟的准确性，并进一步优化了设计参数。此外，研究还提出了角度修正公式，以补偿旋转引起的尾流偏转，确保了优化设计的高精度。未来，懿朵科技将继续致力于振动与噪声控制领域的研究与创新，为客户提供更加优质的技术支持与解决方案。
