【摘要】：通風(fēng)機(jī)的氣動噪聲預(yù)估是當(dāng)前流體機(jī)械研究領(lǐng)域最熱門也是難度較大的課題之一。本文以一臺礦用兩級軸流式局部通風(fēng)機(jī)為研究對象,用有限體積法對風(fēng)機(jī)內(nèi)部的非定常湍流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,在此基礎(chǔ)上采用計算流體動力學(xué)(CFD)方法,對軸流式通風(fēng)機(jī)的氣動噪聲進(jìn)行了數(shù)值預(yù)測；并用有限元(FEM)法對風(fēng)機(jī)外殼的振動模態(tài)進(jìn)行了分析計算。本文的主要研究內(nèi)容如下： 首先,針對一臺礦用兩級軸流式通風(fēng)機(jī),推導(dǎo)描述風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場三維非定常湍流流動的控制方程組,建立通風(fēng)機(jī)從集流器進(jìn)口到擴(kuò)散器出口整機(jī)全流場三維幾何模型,設(shè)定恰當(dāng)?shù)膭屿o交界面類型,使數(shù)值計算能夠全面、真實地反映葉輪與各相鄰靜止部件之間的相互影響。 其次,將通風(fēng)機(jī)的全流場作為數(shù)值計算的求解域,分區(qū)生成計算網(wǎng)格,選擇適當(dāng)?shù)耐牧髂Ｐ?給定合理的邊界條件,完成通風(fēng)機(jī)在特定運(yùn)行工況下的定常流動計算,再以定常流動的計算結(jié)果為初場進(jìn)行非定常湍流流動的計算,獲得流場的非定常流動結(jié)構(gòu)和壓力隨時間的變化規(guī)律。 然后,根據(jù)定常流動的計算結(jié)果,引入由Proudma提出的改進(jìn)寬頻聲源模型,預(yù)測了風(fēng)機(jī)各部分氣動噪聲聲功率的分布規(guī)律；根據(jù)非定常計算得到的流場壓力隨時間的變化數(shù)據(jù),采用FFT變換方法,得到了前后兩級葉輪與導(dǎo)葉輪監(jiān)測面上監(jiān)測點壓力脈動的時域和頻域分布規(guī)律；在大渦模擬LES基礎(chǔ)上,引入FW-H(Ffowcs-Williams Hawkings)聲學(xué)模型,獲得通風(fēng)機(jī)氣動噪聲的分布特性。從流場計算結(jié)果中提取外殼徑向壓力為載荷加載到有限元分析(FEA)軟件中作為外殼動力響應(yīng)分析的已知條件,并對外殼進(jìn)行模態(tài)分析。 最后,通過本文的研究得到以下結(jié)論：葉輪流域存在較大的流動損失,是風(fēng)機(jī)氣動噪聲源的主要產(chǎn)生部位。總體上,葉頂間隙處的氣動噪聲聲壓級較大,葉輪出口處聲壓級大于葉輪進(jìn)口處聲壓級,并且后級葉輪聲壓級大于前級葉輪聲壓級。通過對風(fēng)機(jī)殼體模態(tài)分析得知,氣流非定常脈動力對殼體的振動模態(tài)影響較小。
【圖文】：

葉輪葉片數(shù)均為8，前后級導(dǎo)葉數(shù)分別為7和9，各有一臺電機(jī)分別驅(qū)動兩級葉輪。設(shè)計工況和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為:流量少2.65時s，全壓升尸=116OPa，轉(zhuǎn)速n=2920r/min，輪毅直徑d=360~，輪毅比v=0.674，葉輪外徑D=475~。軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計總裝圖如圖2.1所示。{{{題題題題……………………………………………………………………………。。。///了 \\\\\\\\\\\\\否否 否 否爹一一一 ---靄 靄 靄 甘 444444444 lllllll}}}}}}}}}}}}}}}}}乒 乒 乒乒乒 111111111.咭曰 {{{rrrrrrrrrrr月 月月月 月一又又叮一 一 一 一一 一 一 一一一十 十 十 十十 十 +++++++++++++++++++ UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU圖2.1軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計總裝圖 Fig.2.lGeneralassemblydrawingoftheaxialflowfan環(huán)境的物性參數(shù)為:取設(shè)空氣的溫度為293.15K(20℃)，壓力為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，密度為1.2k留m，，相對濕度為50%。由于風(fēng)機(jī)中氣流的速度小于100而s，，即馬赫數(shù)小于0.3，可以忽略壓縮性對流場計算的影響，同時忽略溫度場和重力場對數(shù)值模擬的影響。2.1計算網(wǎng)格的生成軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及其流道形狀非常復(fù)雜，為了后續(xù)劃分網(wǎng)格的簡便性及準(zhǔn)確性，結(jié)合通風(fēng)機(jī)各部件的結(jié)構(gòu)特點在幾何建模時

生成命令”輸入相應(yīng)參數(shù)直接生成三維模型;而對于像通風(fēng)機(jī)葉片及導(dǎo)葉這樣的不規(guī)體的生成，一般都得經(jīng)過“由點到線，由線到面，再由面到體”這樣一個生成過程。同時，在建立通風(fēng)機(jī)幾何模型時忽略了對流場數(shù)值模擬計算無影響或影響不大的節(jié)，如外殼鉚釘、兩級葉輪輪毅間軸端的間隙、葉輪輪毅與電機(jī)筒之間的間隙、電機(jī)撐架等。風(fēng)機(jī)幾何模型的建立由軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點可知，在通風(fēng)機(jī)的組成部件中除了葉輪(包括動葉輪和葉輪)以外，其他部件都是規(guī)則的幾何形體，因此，這些部件可以用“體生成命令”經(jīng)簡單的布爾運(yùn)算直接生成三維幾何模型。為了節(jié)省葉輪部分的建模時間以及提高建模的精度，本文編寫了相應(yīng)的VB程序，該程序能夠根據(jù)葉型弦長、相對厚度、安裝角等數(shù)據(jù)計算得出葉片建模所需的葉柵數(shù)據(jù)
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TH432.1

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