船用离心风机流动诱发振动噪声数值研究

针对进出口连接有长管道的离心风机系统,其外部辐射噪声主要是内部非定常流动诱发蜗壳振动产生的振动噪声。基于风机振动噪声问题,给出了一种考虑振声耦合作用的流场-结构-声场单向耦合数值计算方法,并通过振动试验验证了此单向耦合数值计算方法的有效性,随后基于声辐射贡献量分析(PACA)方法定量的给出了噪声源位置。研究表明:振动噪声的基频分量占据主导地位,蜗壳表面声压主要由蜗壳表面振动速度或是振动加速度决定。噪声源分析表明,蜗壳侧板出口靠近蜗舌区域、蜗壳前、后板距离蜗舌180°附近区域是蜗壳基频振动噪声辐射的主要振动噪声源。     

蜗壳壁厚对离心风机振动噪声影响的数值研究

采用数值方法分析了蜗壳壁厚对离心风机在气动力激励下蜗壳受迫振动辐射噪声的影响.首先采用CFD方法模拟了风机内部的非定常流动,得到蜗壳壁面的非定常气动载荷分布;然后采用有限元方法计算蜗壳在非定常载荷作用下的受迫振动特性;最后采用边界元方法预测了蜗壳受迫振动激发的噪声声场及声功率.基于上述方法,比较分析了蜗壳壁厚对振动噪声辐射功率的影响.结果表明,并不是蜗壳的壁厚越大,其振动噪声越低,而是对应确定的激励频率,存在最佳的壁厚尺寸或各部分不同壁厚的尺寸组合.     

小型高速低噪声离心风机的试验研究

运用声学传感器和频谱仪对一台小型高速低噪声离心风机进行试验研究,研究发现:风机进出口向外辐射的气动噪声为风机最主要的噪声类型,气动噪声主要是基频噪声,噪声源分别位于叶片进口处与蜗壳蜗舌处,风机进出口噪声被屏蔽后整机噪声降低约21%;风机蜗壳振动是由于风机内部非定常流动诱发蜗壳结构做振动响应,振源主要位于叶片进口处与蜗壳蜗舌处,振动频率与风机基频一致;在蜗壳中填充相等体积1.5 mm塑料球,2.3 mm塑料球,1.2 mm陶瓷球,3.0 mm陶瓷球用来降低蜗壳振动噪声,在设计工况点以3.0 mm陶瓷球效果最佳,整机噪声下降约2.8%。     

离心压缩机机壳在基频气动力激励下的振动噪声研究

研究了离心压缩机机壳在内部基频气动力激励下的振动辐射噪声。考虑机壳与轮盘、轮盖之间的间隙,采用SSTk-co湍流模型模拟了离心压缩机的整机三维非定常流场,得到蜗壳内表面的脉动压力,然后将脉动压力的基频部分加载到蜗壳上,模拟离心压缩机蜗壳在非定常气动力激励下的振动噪声。研究表明：机壳内壁面基频压力脉动主要分布在无叶扩压器靠近叶轮出口一侧;机壳主要基频振动噪声源位于蜗壳靠近出口管道一侧;该离心压缩机机壳基频振动位移幅值很小,最大振动位移仅为11．8×10^-9m,因此可以忽略机壳的基频振动对离心压缩机运行安全性的影响。     

塔设备在内部流动载荷作用下的振动分析

塔设备的固有频率和相应振型由塔结构、材料特性、流动载荷以及约束等条件共同决定。当塔的振动频率与固有频率相同时将诱发共振,危害塔的正常工作。选取某石化企业的板式塔作为研究对象,在设计工况下分别采用传统理论的折算质量法与Workbench多物理场求解平台提供的流固耦合计算方法,对塔设备进行结构计算、模态分析和谐响应分析。其中流固耦合算法先对内部流场进行气液两相流稳态计算,然后对塔体进行静力结构计算,载荷条件有重力以及通过流固耦合界面施加到塔体的流动压力,计算得到了不同塔板数的塔结构位移、应力、固有频率及其振型等结果和规律。采用模态叠加法对板式塔进行了谐响应分析,得到了内部流动载荷对塔设备动响应的影响规律,为设备的安全运行提供技术支持。     

风机叶片掠过频率噪声的等效激励源辨识方法

离心风机流体激励源位于风机内部,并且是分布式的激励源,可以通过计算流体力学（computational fluid dynamics,简称 CFD）分析计算激励力分布,但无法通过表面的动力响应来反求激励力,验证CFD结果的正确性。针对此问题,建立了风机叶片噪声的等效激励源辨识方法,用实验的方法获得蜗壳振动大小以及候选等效激励点到蜗壳振动测点的传递函数,测量了离心风机在额定工况下的压力脉动大小,通过多项式拟合得到了蜗壳面上的压力脉动分布,为等效源选择提供依据。通过最小误差算法优化选择等效激励源候选点,根据Tikhonov正则化算法反演得到等效激励力大小,再用测量得到的传递函数与反演得到的等效激励力计算蜗壳、机脚等位置的振动响应,来验证反演结果的等效性与准确性。主要的叶片掠过频率峰值反演结果与测量结果误差在2 dB左右,成功反演了离心风机叶片掠过频率等效激励力。     

基于流固耦合的汽车空调多翼离心通风机气动声学特性分析

建立了一个简单几何模型,通过试验验证得出双向流固耦合计算比非耦合计算准确性更高的结论。以某汽车空调系统的多翼离心通风机为研究对象,分析了蜗壳流固耦合作用对通风机气动噪声的影响。利用CFX和ANSYS软件分别进行流场和结构计算。以MFX-ANSYS/CFX为数据耦合平台,采用双向同步求解的方法,对通风机内流场和蜗壳结构响应进行联合求解,并将耦合计算结果与非耦合计算结果进行对比。结果表明,流固耦合作用使得流场压力脉动增强;在考虑流固耦合作用影响后,离心通风机叶轮出口处及蜗壳气道内表面的声功率级明显增大,通风机出口处的气动噪声值增大了5.24dB。     

双向流固耦合对螺旋离心泵内外特性的影响

采用双向流固耦合与非流固耦合计算对螺旋离心泵内外特性进行对比研究,分析了流固耦合作用对泵内部流场的影响。流场计算基于Reynolds时均化N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型,采用多重坐标系法,结构响应基于弹性体结构动力学方程。两种计算结果表明,采用流固耦合计算的外特性更接近清水试验值,流固耦合作用对喉部及扩散段影响显著,在扩散段降速增压作用下,流固耦合作用对出口截面影响减弱,蜗壳水力设计时应适当考虑流固耦合作用。     

离心泵整机流场计算方法研究

为了探究不同流场计算方法对离心泵内部稳态及非稳态流动计算结果的影响,以某型离心泵为研究对象,建立了流场三维有限元网格。采用Fluent软件仿真技术,利用RNG k-ε湍流模型,分别运用流固耦合与非流固耦合两种方法对离心泵流场进行稳态及非稳态数值计算。对比两种计算方法得到的稳态速度与压力对比,以及非稳态的不同监测点压力脉动对比。结果表明:流固耦合对蜗壳内的速度压力分布、压力脉动以及所受流体激励力有一定影响,对叶轮的影响很小,研究结果对于流场计算方法的选择具有重要的参考和借鉴作用。     

基于混合子结构法的输电导线风雨激振气动特性

为了探究输电导线风雨激振的诱发机理,基于混合子结构方法对输电导线风雨激振非定常气动力进行了针对性的研究。首先,分别构建结构子结构(输电导线和上雨线)和流体动力计算(computational fluid dynamics,简称CFD)数值流场子结构;其次,利用自制的风洞模拟实验台及相关测试系统,获取结构子结构的振动响应(频率,振幅);最后,将测得振动响应作为CFD数值模拟的边界条件,计算绕流场特性并获取气动力特性参数,将计算得到的气动力施加到输电导线上,得到输电导线的振动响应并与实验结果比较。分析结果表明,混合子结构方法能够准确获得输电导线发生风雨激振时的气动特性,该方法为不便于实验获取气动力特性振动问题研究提供了一种有效途径。