多翼离心风机气动噪声的降噪_张胜利

文章编号：1006-1355(2011)03-0166-05

多翼离心风机气动噪声的降噪

张胜利1,2，席德科1,2，李华星1,2，陆森林1,2，张仲寅1,2

（1.西北工业大学航空学院，西安710072；2.陕西省风机泵工程研究中心，西安710072）

摘要：针对多翼离心风机气动噪声的主要噪声源提出降噪方案。首先，对于多翼离心风机涡流噪声的降噪，主要通过优化叶轮、蜗壳的结构几何参数和在叶轮出口加装旋转扩压器等方式进行。其次，对于多翼离心风机旋转噪声的降噪，主要通过改变蜗舌形式进行。最后对优化进出口安装角的叶轮和在叶轮出口加装旋转扩压器这两种降噪措施进行试验验证。结果表明，改进后的风机与原型相比达到显著的降噪效果。

关键词：声学；多翼离心风机；气动噪声；降噪；实验研究；叶轮中国分类号：TH432

文献标识码：A

DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-1355-2011.03.039

Noise Reduction and Test Research of Aerodynamic Noise for

Multi-blade Centrifugal Fan

ZHANG Sheng-li 1,2,XI De-ke 1,2,LI Hua-xing 1,2,

LU Sen-lin 1,2,ZHANG Zhong-yin 1,2

(1.Aeronautics School Northwest Polytechnical Univercity ，Xi ’an 710072，China ;2.Shaanxi Province Fan &Pump Engineering Research Center ，Xi ’an 710072，China)

Abstract :In this paper,some schemes of reducing the aerodynamic noise are proposed for multi-blade centrifugal fans.Firstly,the vortex noise can be reduced mainly through the optimization of the geometric parameters of the impeller and volute and installing a rotation diffuser in the outlet of the impeller.Secondly,the discrete noise can be reduced mainly by changing the form of volute tongue.Finally,the experimental verification is carried out for the two improved fans,one is designed with optimization of inlet and outlet blade angles,and the other is installed a rotation diffuser in the outlet.The tests show that the noise of the improved fans is reduced obviously in comparison with the prototype.

Key words :acoustics ;multi-blade centrifugal fan ;aerodynamic noise;noise reduction ;test research ;impelle

多翼离心风机（如图1）在工作时产生的噪声是环境噪声污染的主要来源之一，如厨房的吸油烟机的噪声可高达55～60dB [1]。如何有效地降低其噪声，是一个有待解决的研究课题。

2

多翼离心风机气动噪声的降噪途径研究

2.1环形叶栅参数对多翼离心风机气动与声学特性

的影响

2.1.1进出口安装角的影响[8-11]

叶轮进口冲角是引起叶道流动分离的主要原因，

收稿日期：2010-07-15；修改日期：2010-09-20作者简介：张胜利(1974-)，男，博士，流体力学（空气动力学）

专业。主要从事空气动力学、流体机械、飞行器设计、人机与环境、风工程与新能源等领域的研究与应用开发工作。

E-mail:nwpudrc@

图1多翼离心风机结构

Fig.1Structure of multi-blade centrifugal fan

而进口安装角的选取直接影响叶栅进口气流冲角的大小，因此进口安装角的选取非常重要。

在其他几何参数不变的情况下，进口安装角分别取40o 、50o 、60o 、70o ，出口安装角分别取10o 、20o 、30o 、40o ，两者交叉搭配共15种组合进行分析研究，

找出最佳组合。流场模拟得到气动性能参数，采用宽频噪声源模型中的Proudman 公式估算得到各个流动区域产生的声功率及声功率级。

选取性能较好的三种风机，分别导出x =0截面的速度分布云图和声功率级分布云图，结果分析如下

(1)对于采用小张开度蜗壳设计的多翼离心风机，叶轮采用速度基本不变叶道设计的风机效率最高，噪声最低，风量和风压也最高。速度基本不变叶道风机出口安装角较大（在30o ～40o 之间），叶轮出口气流的周向速度较小，明显减轻了叶轮出口高速区气流对蜗舌的冲击作用，气流能较顺畅地被引导到蜗壳出口，而不会产生倒流。另外，速度基本不变叶道风机蜗壳内气流速度分布非常均匀，叶轮出口高速区的范围也明显缩小，这样便可以使蜗壳内气流的脉动大大减轻，从而使气动噪声得到明显降低。采用速度基本不变叶道风机在蜗壳出口靠近蜗舌处的高噪声区基本消失，高噪声区向下转移到叶轮区域靠近蜗壳出口的高速区内，把蜗舌处的高频旋转噪声转变为高速区的低频涡流噪声。

(2)先减速后加速叶道风机的噪声跟原型机差不多，但气动性能有了明显的提高。对于采用小张开度蜗壳的多翼离心风机，叶片的进口安装角在50o ～60o 为宜，出口安装角在20o ～30o 为宜。

(3)原型机去掉机壳后，叶轮区域气动噪声产生的声功率小，原因是带机壳原型机进风口气流受机壳的影响沿圆周方向分布很不均匀，气流紊流度较大。说明了进风口气流的均匀程度和紊流度对叶轮区域的涡流噪声有很大的影响。2.1.2叶片型线的影响[20-32]

性能较好的轴流风机叶型的最大弯度位置一般在0.4～0.45的地方。现把上节性能较好的叶片进口安装角60o 、出口安装角30o

风机的叶片型线改为

图2不同最大弯度位置叶型中弧线

Fig.2The arc of blade profile of the location of maximum

curvature

双圆弧，在保证叶轮进出口安装角及其他几何参数不变的情况下，调整叶型的最大弯度位置（见图2），研究其对风机性能的影响。从数值模拟结果得出，

最大弯度位置位于0.5倍弦长的单圆弧叶片型线风机的综合性能最好，最大弯度位置位于0.55倍弦长的双圆弧叶片型线风机虽然气动噪声最低，但风压下降了9.5%，而噪声仅降低0.9dB 。再者，单圆弧叶片容易加工。所以，多翼离心风机的叶片型线最好采用单圆弧。

2.1.3叶片翼型的影响[12,31]

本节在保持原型机环形叶栅中弧线不变的情况下，采用在中弧线上叠加标准厚度（常规对称翼型厚度）的方法（见图3所示），研究不同翼型对多翼离心风机气动噪声的影响。并以NACA 系列对称翼型为研究对象，改变翼型的最大相对厚度，研究翼型最大

相对厚度对多翼离心风机气动噪声的影响。

图3叶片中弧线叠加Fig.3Superimposed blade arc

在研究不同翼型的影响时，机翼翼型的最大相对厚度定为12%，叶片数降为40。在研究翼型最大相对厚度的影响时，翼型的最大相对厚度为18%时叶片数为36，其余为40。

通过数值模拟，得到不同翼型风机的气动性能参数和各流动区域产生的声功率对比。可以看出，各种机翼翼型风机产生的声功率级相差不大，比原型机降低大约1dB 左右。C -4翼型风机的风量、风压和效率都最优，风量比原型机提高17.7%，风压提高5.6%。

为了研究翼型最大相对厚度对多翼离心风机性能的影响，以NACA 系列对称翼型为研究对象，将其标准厚度叠加到原型机叶型中弧线上。通过数值模拟，得到风机的气动性能参数和各流动区域产生的声功率。

可以看出，翼型最大相对厚度在10%～15%之间时，风机的整体性能最好。最大相对厚度在18%时，噪声虽然略低于最大相对厚度在12%时的风机，但压力下降很大，得不偿失。因此，翼型的最大相对厚度应在10%～15%之间选择为宜。

2.2蜗壳型线对多翼离心风机气动与声学特性的影

响[11]，

[14-22]

叶轮出口气流的不均匀性和气体黏性的影响使蜗壳内的流动更加复杂，如图4所示。