包含進(jìn)口不規(guī)則形狀的電子器件軸流冷卻風(fēng)扇的周向聲模態(tài)尚不明確,需要對(duì)其噪聲特性有更加深入的認(rèn)識(shí)。對(duì)電子器件散熱領(lǐng)域常用的一款變速軸流風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲特性開(kāi)展試驗(yàn)研究。首先分析了風(fēng)扇遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲頻譜特征和指向性,進(jìn)風(fēng)一側(cè)一階葉片通過(guò)頻率噪聲幅值最大,出風(fēng)一側(cè)三階葉片通過(guò)頻率噪聲幅值最大,顯示進(jìn)出風(fēng)口具有不同的離散單音影響因素。風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源線(xiàn)在靜葉支撐上的排線(xiàn)方式對(duì)總聲壓級(jí)和噪聲指向性有明顯的影響。然后基于18和8兩種均布測(cè)點(diǎn)的模態(tài)校正方法,準(zhǔn)確識(shí)別了冷卻風(fēng)扇進(jìn)出口前三階葉片通過(guò)頻率下的周向聲模態(tài)分布,在計(jì)及風(fēng)扇進(jìn)口導(dǎo)流罩非軸對(duì)稱(chēng)形狀的基礎(chǔ)上,對(duì)傳統(tǒng)的TYLER-SOFRIN動(dòng)靜干涉模態(tài)計(jì)算公式進(jìn)行修正,并通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)其有效性。 

【文章來(lái)源】：機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2020,56(18)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

測(cè)試風(fēng)扇結(jié)構(gòu)表1風(fēng)扇主要設(shè)計(jì)參數(shù)

不確定度為0.30dB。聲壓信號(hào)通過(guò)NIPXIe1085機(jī)箱和2塊NIPXIe-4499采集卡(16通道同步采樣輸入，24位分辨率)采集。采樣頻率20kHz，采樣點(diǎn)數(shù)20k，窗函數(shù)為Hanning窗。傳聲器的標(biāo)定使用B&K4231，每次試驗(yàn)前進(jìn)行標(biāo)定。每次測(cè)量待風(fēng)扇穩(wěn)定工作后連續(xù)采集20s，通過(guò)RMS平均消除測(cè)量隨機(jī)誤差帶來(lái)的影響。圖2試驗(yàn)裝置及指向性測(cè)點(diǎn)布置1.3周向模態(tài)分析測(cè)試方法周向模態(tài)的測(cè)量采用同步測(cè)量方式，在正對(duì)冷卻風(fēng)扇的垂直于旋轉(zhuǎn)軸的環(huán)面上均勻布置多個(gè)傳聲器，如圖3所示。傳聲器所處圓周直徑為400mm，是風(fēng)扇通流直徑的3倍以上，可以避免風(fēng)扇流場(chǎng)對(duì)聲學(xué)麥克風(fēng)測(cè)量的影響。周向模態(tài)的提取方法為對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行空間傅里葉變換，對(duì)于每個(gè)離散的頻率f，聲壓p可以分解為不同周向聲模態(tài)的疊加進(jìn)行求解()exp(i)fmfmpAm(1)11()exp(i)NmffnnnApmN(2)式中，m為周向模態(tài)，θ代表周向角度，Amf為頻率f處的模態(tài)振幅。若頻譜信號(hào)中某個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的真實(shí)模態(tài)數(shù)mx滿(mǎn)足|mx|>N/2，則測(cè)得的模態(tài)數(shù)會(huì)混疊至N/2范圍內(nèi)，由下式計(jì)算求解0,1,2,xmmN(3)圖3周向模態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)點(diǎn)布置2冷卻風(fēng)扇遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲特性2.1遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲頻譜風(fēng)扇額定轉(zhuǎn)速下進(jìn)出口±45°的遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲窄帶譜結(jié)果，如圖4所示。圖4中可見(jiàn)明顯的葉片通過(guò)頻率(BPF)、轉(zhuǎn)子頻率(RF)以及各階倍頻的單音噪聲峰值。風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲頻譜呈現(xiàn)不同特征，圖4a和4b所示出風(fēng)口以三階BPF單音噪聲為主導(dǎo)，而圖4c和4d所示進(jìn)風(fēng)口以一階BPF單音噪聲

月2020年9月孫宗翰等：電子器件軸流冷卻風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲周向模態(tài)試驗(yàn)167圖4冷卻風(fēng)扇不同測(cè)點(diǎn)噪聲窄帶譜總聲壓級(jí)、離散總聲壓級(jí)和寬頻總聲壓級(jí)分別為75.6dB(A)、74.3dB(A)和69.6dB(A)，離散單音噪聲是主要的氣動(dòng)噪聲源。2.2噪聲指向性特征風(fēng)扇遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲總聲壓級(jí)指向性分布如圖5a所示，P5處噪聲明顯大于P3，且與其他測(cè)點(diǎn)總聲壓級(jí)相差超過(guò)2dB(A)，指向性分布呈明顯的不對(duì)稱(chēng)性。在風(fēng)扇出風(fēng)口的P1和P7也存在類(lèi)似的不對(duì)稱(chēng)，但差距不明顯。上文提到，冷卻風(fēng)扇有兩個(gè)明顯的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：被外邊框切割的不完整進(jìn)風(fēng)口和下游靜葉支撐上攜帶的電源線(xiàn)。前者會(huì)引起不必要的進(jìn)氣畸變，但其屬于對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)；后者會(huì)與動(dòng)葉片發(fā)生干涉形成額外的噪聲[6]，造成該不對(duì)稱(chēng)性的原因很可能來(lái)自于此。改變下游靜葉支撐上的電源線(xiàn)所處位置，將其從原型冷卻風(fēng)扇的靜葉1位置調(diào)整到圖5b所示的靜葉2位置上。圖5原型機(jī)總聲壓級(jí)極坐標(biāo)圖和兩種電源排線(xiàn)排線(xiàn)2對(duì)應(yīng)P3和P5的窄帶譜如圖6所示。與圖4中P3和P5窄帶譜對(duì)比發(fā)現(xiàn)，改變電源線(xiàn)位置后，P3的前兩階BPF噪聲幅值增加而三階BPF降低，P5的前三階BPF幅值均減小，二階和三階BPF峰值不再突出。分別計(jì)算P3和P5的噪聲總聲壓級(jí)，原型機(jī)P3和P5處總聲壓級(jí)分別是75.9dB(A)和78.7dB(A)，而排線(xiàn)2對(duì)應(yīng)P3和P5處總聲壓級(jí)則變?yōu)?8.6dB(A)和75.7dB(A)，電源線(xiàn)所處方向的噪聲聲壓級(jí)更大。P1和P7也有類(lèi)似變化但變化值較校因此，P3和P5的頻譜特征

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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