本文摘要：（由ai生成）
本文通过CFD软件Star-CCM+和声学软件Actran联合仿真，研究了多翼式离心风机的气动噪声特性。探讨了离散和宽频噪声的成因，并通过建立CFD和声学模型、声源信息转换、声传播计算等步骤进行仿真。使用1600万网格和DES湍流模型，结合实验数据验证了该方法的准确性。仿真结果与实验数据相符，证明了CFD+CAA方法在气动噪声预测中的有效性，为相关研究提供了新的预测手段。
【前言】 叶轮机械作为通用机械广泛应用在航空航天、石化、冶金、交通、能源、动力等部门, 随着机械工业技术的不断发展，叶轮机械的气动性能得到了很大的提高。然而，其噪声问题成为了困扰工程师的一大难题。本文通过CFD软件Star-CCM+联合声学软件Actran仿真计算某多翼式离心风机的气动噪声，研究了叶轮机械气动噪声的特性，并探究利用CFD+CAA方法预测气动噪声的可行性。
本文中研究的离心风机为多翼式离心风机，叶片数为38片，转速为1000rpm，因此该风机的BPF(叶片通过频率)约为633Hz。风机结构参数属性如表1所示。(1)离散噪声：周期性旋转的叶片和蜗舌的相互作用，导致在蜗舌处产生强烈的压力脉动，生成叶片通过频率（BPF）声辐射及其谐波，如图1；(2)宽频噪声：涡脱落和湍流作用于固壁面生成宽频噪声，如图2。图2：宽频噪声主要由涡脱落和湍流作用在固壁面上生成 在Actran中进行离心风机气动噪声数值模拟分析的具体步骤如图3所示：(1)建立离心风机CFD计算模型，并进行非定常流场计算；(2)建立声学计算模型，利用Actran中的iCFD模块将非定常流场中的速度、密度信息转化为声源信息，并加载到声学网格上，同时进行时域到频域的转换；(3)在Actran VI中进行声传播计算，并导出场点的频谱图和声场云图；(4)在Actran PLTViewer中对频谱图和声场云图进行后处理并分析计算结果。 本文中选择CFD软件Starccm+进行离心风机非稳态流场计算，在Starccm+中完成了离心风机流场计算网格划分，网格数量约为1600万，网格尺寸满足每波长20个网格单元(计算最高频率为2500Hz)，计算网格如图4所示；湍流模型采用DES(Detached-Eddy Simulation)模型。首先完成离心风机稳态流场计算，在收敛的稳态计算结果基础上，开始瞬态计算。开始两圈计算时间步长采用1°/时间步，之后将时间步长减小为0.25°/时间步，并同时以ccm格式输出为Actran计算声传播准备的离心风机流场的速度、密度文件。 Actran中计算声传播的边界条件如图5所示，在Actran中计算旋转机械噪声不需要在声学计算模型将叶轮区域建出，而是采用Lighthill Surface(面声源)边界条件；同时将风机蜗壳区域选为Lighthill Volume(体声源)边界条件；出口设为Modal Surface即无反射边界条件。图5 Actran中声传播计算的边界条件和监测点位置 如图6所示，同一监测点处Actran仿真计算结果与实验值吻合较好，BPF处的频率和幅值都与实验值较吻合。图6 监测点处实验值与Actran仿真计算结果对比Reference: Manoochehr Darvish, Stefan Frank. Numerical Investigations On The Noise Characteristics Of A Radial Fan With Forward Curved Blades.
