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.