多翼离心风机降噪优化研究1.doc

多翼离心风机降噪优化研究
青岛理工大学王刚,郑小锋,周睿,胡松涛,刘国丹
摘要:本文对某型号多翼离心风机内流场进行三维数值模拟,发现风机前盘附近蜗舌下方存在的回流区域是影响噪声的重要因素,针对该区域,采用改变蜗舌弧度及蜗舌纵向偏移量的优化方法,达到降噪的目标。
关键词:多翼离心风机三维数值模拟蜗舌弧度蜗舌纵向偏移量降噪
1 引言
随着计算流体力学和计算机技术的发展,风机的性能优化及降噪已逐渐采用数值流场模拟的方式,与传统的试验测量方法相比,数值流场模拟有投资少、研究周期短的特点。风机噪声中占主导地位的是空气动力噪声,主要有旋转噪声和涡流噪声两部份组成Error! Reference source not ! Reference source not found.,由于在蜗舌附近叶轮与蜗壳的间隙最小,气流不均匀性最强,所以在蜗舌部位产生的旋转噪声也最强。通过调整蜗舌对风机降噪的方式有改变蜗舌半径及蜗舌间隙Error! Reference source not ! Reference source not found.、改变蜗舌形状或倾斜角Error! Reference source not ! Reference source not 。本文通过计算多种蜗舌弧度和蜗舌纵向偏移量的工况,以分析蜗舌弧度及纵向偏移量对风机噪声产生噪声。
2 物理模型
风机的结构参数
本论文所研究的风机为多翼离心风机,叶片数Z=60,叶轮外径D2=220mm,轮径比D1/D2=,叶片进口安装角β1=90°,出口安装角β2=158°,叶片均为单圆弧厚度直叶片,叶片厚度δ=,叶片圆弧半径D=;集流口与叶轮之间的轴向间隙取6mm,选用同心的叶轮和蜗壳,其结构如图1所示。
图1 风机结构示意图
风机物理模型假设
风机运行时,内部气流流动较为复杂,做如下假设:
由于多翼离心风机中压力,速度不是很大,故忽略空气密度的变化,假设流动为不可压流动,视气体的物性为常数;
对湍流运动引入各向同性假设;
简化风机进、出风口及风机蜗壳的局部结构变化;
假设流动中无热量交换。
边界条件设定
定义叶轮区域为旋转区,采用多重旋转坐标系,转速n=800r/min,其余区域为静止区,采用静止坐标系,坐标系原点位于进风口圆心,Z轴垂直进风口;叶片表面为旋转壁面,旋转壁面与静止壁面满足无滑移条件;风机进气口及出气口均为压力边界条件,压力值取大气压。
数值模拟流场控制的基本方程
采用选取标准k—ε两方程湍流模型,壁面附近采用标准壁面函数。
3 数值模拟
网格划分
采用CFD软件对离心风机内流体进行建模,建模全部流体由3部分流体组成,即:集流器区流体、叶轮叶片区流体和风机内气体流动区。并对这3部分进行网格划分及边界条件设定,集流器区流体网格为结构网格,共20176个,叶轮叶片区流体网格和风机内气体流动区网格均为四面体网格,分别为个和个,其结构形式如图2所示。
图2 风机各部分网格划分示意图
求解方法
计算方法采用SEGREGATED隐式方法,湍流动能、湍流耗散项、动量方程都采用二阶迎风格式离散;压力一速