【风扇降噪专题】来流噪声

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本文摘要：（由ai生成）

本文研究了风机上游不规则阻流部件对风扇噪声的影响，指出高速旋转的风机叶片会使来流不均匀，增加噪声。德国锡根大学发现，在风机前端安装整流装置可降低风扇叶片通过频率的噪声，特别是高阶频率。研究还发现，不同设计的风机对来流湍流强度的敏感度不同，前倾叶片设计在低湍流强度下噪声最低，但对湍流敏感；后倾叶片设计噪声中等，但对湍流不敏感。湍流主要影响300~3000Hz的噪声频段。由于风扇噪声复杂，结果和结论需根据具体情况分析。

风机上游不规则阻流部件导致来流流动不均匀，激发风扇噪声显著增大对噪声工作者而言是一个常识。因此风扇噪声的一个控制点就是保证来流要尽量干净，这里的干净就是别有障碍物。

其一，风机上游没有障碍物，来流就一定干净吗？

第一次意识到干净的来流对风机噪声，特别是风扇叶片通过频率（BPF）的巨大影响是德国锡根大学（Sigen）的精密研究成果。如图1在轴流风机前端布置热线风速仪、高清照相机以及烟雾装置。这样就可以定性和定量的看到干净来流的空间分布状态。

图1：轴流风机测试装置

测试拍摄的烟雾分布类似龙卷风的形态。说明即使没有任何障碍物的干扰，下游高速旋转的风机还是会把来流搅得一团糟。作者当时第一反应当前来流不均匀强度还不算明显，应该不会对风机噪声产生实质干扰，而且图中的测试方法也是国际通用标准。

图2：烟雾形态

为了研究上图中来流不均匀的影响，锡根大学研究又在进口安装一个蜂窝材料的环形整流装置。

图3：来流整流装置（ICD）

两者的频谱比较如下图所示。增加整流装置后，风扇的BPF下降非常明显，其中一阶BPF下降 ~10dB,高阶BPF几乎完全消失。另一方面，风扇的宽频噪声基本没有发生变化。

大多数轴流风机的BPF峰值是降噪最大的痛点，多少声学工程师犹如在茫茫人海中寻找风机叶片本身和尾流形态对BPF的影响，很少会注意到干净的来流也会包含这么多幺蛾子！！

可见即使风机上游没有任何阻碍部件，高速旋转扇叶激发上游来流的准稳定预旋也会导致来流不干净，并在叶片BPF上产生非常强的峰值。

图4：风扇噪声频谱对比

其二，风机噪声与来流湍流强度定量关系是什么样的？

再来泛泛的了解进口湍流强度对不同类型风机的声学激励。可以在测试装置的前端安装不同孔隙率的格栅，测试示意图和不同格栅尺寸如下：

图5.测试示意图

图6. 格栅尺寸和安装布置

基于数值仿真计算得到不同格栅下的速度分布，通过以下计算公式得到对应的来流湍流强度。

图7.不同格栅激发的湍流强度

埃朗根-纽伦堡大学研究人员选取了三种不同设计的风机，N1UG是整个叶片的相位不变，N1RG是叶尖的相位后倾（相对旋转方向，下同），N1VG是叶尖的相位前倾。这里插一句，叶片的相位变化对噪声的影响会在后续有详细专题描述。

图8.三种不同相位布局的轴流风机

同风量下不同格栅和不同轴流风机对应的噪声数据如下。前倾叶片N1VG在低湍流强度5%和7% 下噪声水平最低，N1UG噪声水平最高，说明前倾叶片N1VG单风机噪声性能最好。值得注意的是前倾叶片N1VG虽然自身噪声水平最好，但是非常容易受到来流湍流强度的影响。相反的，后倾叶片N1RG自身噪声水平处于中等，不过进口湍流强度的敏感程度最低。轴流风机叶片前倾后倾在不同应用条件下各有优势。

图9：风扇噪声对比

最后see一see各自频谱表现，三者对比数据显示从no grid 到grid 20, 影响的频谱范围主要是300~2000Hz;从grid 20 到grid 60,影响的频谱范围主要是0~3000Hz;从grid 60 到grid 80,影响的频谱范围主要是0~500Hz。不同的来流湍流强度影响频谱带宽不同还真是很有意思，更多关于叶片BPF信息读者自理。