降低多翼离心风机噪声的方法技术

一种降低多翼离心风机噪声的方法，属于噪声控制技术领域。本发明专利技术步骤如下：①对模型风机运用计算流体动力学技术进行数值模拟建模仿真；②确定低噪风机结构参数的范围；③建立风机以噪声和效率为目标的多目标约束函数，按照②中确立的结构参数范围规定约束条件，确定初始可行点，并利用工程复合形法进行叠代计算，得出风机的设计参数；④将得到的优化参数正交组合，利用计算流体动力学技术进行数值模拟仿真，并通过列主元素分析方法确定对风机性能影响最大的截面，比较后得到最终的设计方案；⑤对叶轮和蜗壳不同心与同心两种情况分别进行数值模拟仿真。本发明专利技术在保证风机性能的基础上，实现多翼离心风机噪声的降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种噪声控制
的方法，具体是一种。
技术介绍
风机的噪声控制研究是涉及声学和空气动力学等多学科交叉的综合性学科。如何把空气动力噪声用最合理的措施减少到允许程度，就需要详细地研究风机的空气动力噪声的分类、机理以及如何控制风机的空气动力噪声。离心风机传统设计方法对于一定噪声、全压、风量要求的风机，叶轮设计时对诸如叶片出口安装角、叶片进口安装角、外径、内径、叶片数等几何参数的确定有太大的随意性，缺乏科学准确性；而对于所匹配的蜗壳进行设计时不仅所提出的假设前提与实际的蜗壳流动状况有很大出入，在确定蜗壳宽度、张开度等参数时同样也有很大的随意性，其结果必定是对于一定噪声、全压、风量性能要求的风机可能有很多个不同的设计方案，对于不同的设计者尤其是初始设计者，要确定一个最好的方案是很困难的，往往必须做大量的模型对比试验，对各种设计方案进行筛选，导致产品开发周期长，成本高，而产品的质量却不一定能保证能达到优化。经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号200610016773，专利技术名称为一种降低轴流风机噪音的方法，该专利涉及一种对轴流风机噪音进行控制的方法，根据噪声控制理论和实验测试降低轴流风机的噪音，但由于该方法只针对用于较大型设备的轴流风机降噪，所以无法实现对于广泛应用于空调器、吸排油烟机等小型通风设备的多翼离心风机的降噪。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统方法的缺陷，缩短开发周期，以及减少开发经费，提供一种。使其取代传统的方法，在保证风机性能的基础上，实现多翼离心风机噪声的降低。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术具体步骤如下①对模型风机运用计算流体动力学技术进行数值模拟建模仿真，确定如下模型参数以便建模叶轮外径D2，轮径比D1/D2，叶片中点切线与叶轮中心的夹角θ，进口安装角β1，出口安装角β2，叶片均为单圆弧厚度直叶片，叶片厚度1，叶片圆弧半径D，分析模拟的风机速度流场和压力场，当蜗舌半径、蜗舌间隙及蜗壳曲线改变1％时，其对应的蜗舌和蜗壳的速度场与压力场中的等速度线与等压力线所对应的数值变化量超过其它区域的30％，则确定其为导致风机流场恶化、噪声过大的结构因素，即确定蜗舌半径、蜗舌间隙及蜗壳曲线是影响风机速度场、压力场和噪声的结构因素；②在①中的结构因素初步确定以后，按照传统的风机理论设计方法进一步确定低噪风机结构参数的范围以便在③的参数优选过程中缩小参数范围、简化计算，蜗舌曲率半径r/R在0.02到0.08范围内，蜗舌与叶轮相对间隙δ/R在0.03到0.1范围内，D1/D2在0.8至0.95之间，叶片数趋向于60片上下，b/D2在0.314至0.683之间，出口安装角β2在150°至163°范围内，进口安装角β1取60°或90°；③建立风机以噪声和效率为目标的多目标约束函数minfmut=(fη-η*)2-(fL-LL*)2,]]>根据②中确立的结构参数范围规定约束条件，将约束条件中的初始点D1/D2、b/D2、β2、δ/R、r/R代入所建立的函数方程，并利用工程复合形法进行迭代计算、得出风机的设计参数D1/D2、b/D2、n、β1、β2、δ/R、r/R；④将③中得到的多组优化参数正交排列组合，确定多种方案，对每一种方案利用计算流体动力学技术进行数值模拟仿真，并通过列主元素分析方法确定对风机性能影响最大的截面，以风机噪声和性能为参考依据，得到噪声最低、风机压头最大的优化方案，即最终的设计方案关于D1/D2、b/D2、n、β1、β2、δ/R、r/R的一组数值；⑤对叶轮和蜗壳不同心与同心两种情况分别进行数值模拟仿真，比较模拟的风机噪声场，采用叶轮和蜗壳同心时的平均噪声要比不同心的情况低2％以上。按照④⑤中确定的参数加工风机，经管口法测定设计出的风机噪声与其同类的风机产品相比较，噪声降幅在10％以上。所述的运用计算流体动力学技术进行数值模拟建模仿真，是指利用计算机对模型风机进行计算流体动力学数值模拟仿真，计算采用选取标准k-ε两方程湍流模型，壁面附近采用标准壁面函数。采用结构化网格与非结构化网格相结合的混合网格。在进行二维计算时，计算区域取与叶轮回转轴垂直的径向面，网格划分时，对形状比较规则的进风部分用四边形网格，叶轮部分用三角形网格；蜗壳部分用四边形网格。定义叶轮区域为旋转区，采用多重旋转坐标系；其余区域为静止区，采用静止坐标系，坐标系原点位于蜗壳后盖板中心，z轴指向进风口；叶片表面、后盘外表面为旋转壁面，旋转壁面与静止壁面满足无滑移条件；风机进气口的进口截面及蜗壳的出口截面分别为计算域流体的进口与出口，进口给定压力边界条件，出口给定负进口速度边界条件，速度大小由风机额定风量与出口截面面积计算求出。对不同工况计算时，以初始工况的计算结果作为下一工况的流场初始值进行初始化。所述的按照传统的风机理论设计方法确定低噪风机结构参数的范围，是指运用气动声学对风机噪声进行理论分析，缩小其优化参数的范围。随着蜗舌间隙δ和蜗舌半径r的增大，尾流衰减，噪声将降低。由离心风机旋转噪声声功率表达式，通过变参数法计算出风机旋转基频声功率随蜗舌曲率半径r/R、蜗舌与叶轮相对间隙δ/R的变化情况。蜗舌曲率半径r/R在一定数值之间风机旋转基频声功率变化较大，而当蜗舌与叶轮相对间隙δ/R也会在一定数值之间声功率有较大降低。但是蜗舌曲率半径和相对间隙过大会导致机壳尺寸增大，风机流量减小。多冀离心风机蜗壳型线也是影响这些指标的主要因素之一，对它进行合理的设计将有助于提高风机的整体性能。借助螺旋线方程，拟合最佳的蜗壳曲线。所述的建立风机以噪声和效率为目标的多目标约束函数，是指根据风机传统设计方法和气动声学分析，确定多翼离心风机以噪声和效率为目标的函数 1)以风机效率为目标的优化模型minfη＝-η(D1/D2，b/D2，n，β1，β2)2)以风机噪声为目标的优化模型minfL＝LA(D1/D2，b/D2，n，β1，β2，δ/R，r/R，Y/N)3)风机效率和噪声都考虑的多目标优化模型minfmut=(fη-η*)2-(fL-LA*)2]]>式中Y/N——是否采用阿基米德螺旋线；η——风机效率值；LA——风机噪声值；η*——效率最优值；LA*——噪声最优值；D1——叶轮内径，mm；D2——叶轮外径，mm；β1——出口安装角，°；β2——进口安装角，°；n——风机转速，r/min；r——蜗舌半径，mm；b——叶片宽度，mm；δ——蜗舌间隙，mm；R——蜗壳半径，mm；fη——以风机效率为目标的优化函数；fL——以风机噪声为目标的优化函数；fmut——风机效率和噪声都考虑的多目标优化函数。所述的将得到的优化参数正交组合，确定多种方案，是指经迭代计算后的风机参数可能不只一组，为了得到较优的参数以降低风机的整体噪声，需要对计算得出的优化参数即出口安装角、蜗舌曲率半径、蜗壳曲线等按照正交实验的方法，进行组合。所述的对风机的其它主要构件进行数值模拟仿真，是指对影响风机噪声的重要部件进行仿真优化。叶轮和蜗壳不同心的情况会使风机的重心发生改变，可能会影响到风机的振动噪声。经数值模拟仿真分析偏心对风机性能和噪声方面的影响。所述的实验测定设计的多翼离心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低多翼离心风机噪声的方法，其特征在于，具体步骤如下：①对模型风机运用计算流体动力学技术进行数值模拟建模仿真，确定如下模型参数建模：叶轮外径Ｄ↓［２］，轮径比Ｄ↓［１］／Ｄ↓［２］，叶片中点切线与叶轮中心的夹角θ，进口安装角β↓ ［１］，出口安装角β↓［２］，叶片均为单圆弧厚度直叶片，叶片厚度１，叶片圆弧半径Ｄ，分析模拟的风机速度流场和压力场，当蜗舌半径、蜗舌间隙及蜗壳曲线改变１％时，其对应的蜗舌和蜗壳的速度场与压力场中的等速度线与等压力线所对应的数值变化量超过其它区域的３０％；②蜗舌曲率半径ｒ／Ｒ在０．０２到０．０８范围内，蜗舌与叶轮相对间隙δ／Ｒ在０．０３到０．１范围内，Ｄ↓［１］／Ｄ↓［２］在０．８至０．９５之间，叶片数趋向于６０片上下，ｂ／Ｄ↓［２］在０．３１４至０．６８３之间，出口安 装角β↓［２］在１５０°至１６３°范围内，进口安装角β↓［１］取６０°或９０°；③建立风机以噪声和效率为目标的多目标约束函数＊＊＊，根据②中确立的结构参数范围规定约束条件，将约束条件中的初始点Ｄ↓［１］／Ｄ↓［２］、ｂ／Ｄ↓［２］、 β↓［２］、δ／Ｒ、ｒ／Ｒ代入所建立的函数方程，并利用工程复合形法进行迭代计算、得出风机的设计参数Ｄ↓［１］／Ｄ↓［２］、ｂ／Ｄ↓［２］、ｎ、β↓［１］、β↓［２］、δ／Ｒ、ｒ／Ｒ；④将③中得到的多组优化参数正交排列组合，对得到的每 一种方案利用计算流体动力学技术进行数值模拟仿真，并通过列主元素分析方法确定对风机性能影响最大的截面，以风机噪声和性能为参考依据，得到Ｄ↓［１］／Ｄ↓［２］、ｂ／Ｄ↓［２］、ｎ、β↓［１］、β↓［２］、δ／Ｒ、ｒ／Ｒ的一组几何参数；⑤ 对叶轮和蜗壳不同心与同心两种情况分别进行数值模拟仿真，比较模拟的风机噪声场，采用叶轮和蜗壳同心时的平均噪声要比不同心的情况低２％以上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谷波，曹志坤，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]