基于流場數(shù)值模擬的無葉風扇噪聲的預(yù)測.pdf

1、造型獨特的無葉風扇具有吹風穩(wěn)定、風量大、噪聲低等優(yōu)點，因此受到了人們的廣泛關(guān)注，其衍生品還加入了暖風、空氣凈化、除菌加濕等功能，其市場前景較為開闊。目前國、內(nèi)外對無葉風扇的研究公開報道很少，缺乏相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計理論。為此對無葉風扇進行流場數(shù)值模擬和氣動噪聲預(yù)測研究，不僅可以探索用于優(yōu)化無葉風扇結(jié)構(gòu)的方法，也為深入研究無葉風扇氣動噪聲的形成機理和制定降噪措施提供理論支持。
　　全文采用數(shù)值方法，按照“穩(wěn)態(tài)CFD→瞬態(tài)CFD→CAA”的

2、總體思路，對無葉風扇的穩(wěn)態(tài)流場、瞬態(tài)流場及氣動噪聲進行研究。
　　穩(wěn)態(tài)CFD部分：
　?。?）以k-RNG模型對無葉風扇進行全流域的穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，所得數(shù)值結(jié)果與Dyson公司公布的結(jié)果吻合，通過穩(wěn)態(tài)Lilley聲源模型方法定位無葉風扇的氣動聲源，結(jié)果表明無葉風扇的氣動聲源主要集中于“渦輪旋轉(zhuǎn)區(qū)”、“狹縫區(qū)”及“柯恩達面區(qū)”，其中“狹縫區(qū)”和“柯恩達面區(qū)”的氣動聲源強于“渦輪旋轉(zhuǎn)區(qū)”。
　　（2）將狹縫拐角圓角化處理后，

3、狹縫拐角下游位置處的聲源（Lilley聲源模型）核心消失。隨拐角半徑增大，狹縫出口下游位置的聲源核心逐漸變小，但是流量有所降低，建議狹縫拐角半徑采用2~3mm。
　?。?）對風圈翼型截面模型執(zhí)行二維穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬研究擴張面彎度對無葉風扇流場特性的影響，結(jié)果表明擴張面向內(nèi)彎和向外彎均能提高無葉風扇的流量和改善流場內(nèi)的速度分布，同時向內(nèi)彎優(yōu)于向外彎，建議向內(nèi)的彎度介于文中的CUR1和CUR2之間。
　　瞬態(tài)CFD部分：
　　

4、將第一部分中的穩(wěn)態(tài)流場信息映射為瞬態(tài)數(shù)值模擬的邊界條件，利用譜方法重構(gòu)狹縫入口處的速度脈動，然后對無葉風扇的局部計算域執(zhí)行非穩(wěn)態(tài)的SA DES、Smagorinsky Lilly LES和Dynamic Kinetic LES模擬，通過分析負壓區(qū)分布、壓力脈動和Q準則等，發(fā)現(xiàn)較強的湍流集中于“狹縫區(qū)”、“柯恩達面區(qū)”和射流尾跡區(qū)。對比三個模型的數(shù)值效果，如果特別關(guān)注流場信息細節(jié)和時間允許，建議采用Dynamic Kinetic LES對

5、無葉風扇進行瞬態(tài)數(shù)值模擬，否則選用SA DES。
　　CAA部分：
　　在瞬態(tài)數(shù)值模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，以Lighthill聲類比提取“狹縫區(qū)”及“柯恩達面區(qū)”的氣動聲源，然后計算聲傳播，對時域及頻域聲源特點、軸向45°出口1m位置的聲壓級譜及其1/6倍頻程和截面聲指向性的分析表明無葉風扇的氣動噪聲主要為低頻的離散噪聲，高頻段內(nèi)的氣動噪聲主要為湍流噪聲?；赟A DES和Dynamic Kinetic LES的預(yù)測結(jié)果吻合較好，