發(fā)布時間：2020-05-26 08:41

【摘要】：低速軸流風扇中強烈的尖峰噪聲會給人帶來極大的不適,因此在設(shè)計風扇時需要考慮降低尖峰噪聲的設(shè)計方法。非均布風扇能有效地降低尖峰噪聲的強度,因此已被廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)及汽車工業(yè)。由于設(shè)計中對于舒適度的要求,工業(yè)設(shè)計上對低速風扇的尖峰噪聲的提出了愈發(fā)嚴苛的要求,因此需要尋求降噪能力更好的非均布設(shè)計律。風扇的尖峰噪聲主要來自于受力且高速旋轉(zhuǎn)的葉片,因此針對非均布風扇的葉片力特性進行研究十分有必要�；谝陨峡紤],本文基于非定常數(shù)值模擬,對非均布汽車發(fā)動機冷卻風扇中的流動特點、葉片力特性、及其聲學模型與聲學優(yōu)化問題進行了詳細的研究,并且輔以實驗驗證,主要研究內(nèi)容包括:1.基于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對非均布風扇進行了非定常數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn),風扇葉片壓力面的高壓區(qū)在葉中附近;湍動能集中在葉片的后緣附近,同時極度狹窄的葉片通道根部會產(chǎn)生一個高能湍流氣團;軸向加速的氣體集中在風扇的高葉高區(qū)域;模態(tài)分析方法顯示,非均布風扇前后流場的震蕩頻域特性存在差異。2.基于數(shù)值模擬結(jié)果,研究了非均布風扇的葉片受力特點以及葉片間受力情況的差異,結(jié)果表明:風扇轉(zhuǎn)動時,軸向力分量是主要成分,其他分量與軸向力分量震蕩周期一致且形式相近;非均布風扇中,葉片力時均值對于不同節(jié)距的葉片通道來說存在差異,基于數(shù)值結(jié)果建立了該差異與葉片非均布分布律之間的模型;非定常載荷的脈動波形不因非均布設(shè)計而改變;從頻域上看,非均布設(shè)計不改變風扇葉片受力的頻域特性,而有效削減了支承脈動力在BPF及其倍頻上的強度。3.基于CFD結(jié)果,通過Lowson發(fā)聲模型研究了非均布風扇的聲學特性,結(jié)果表明:非均布風扇中旋轉(zhuǎn)葉片是主要的聲源,聲源呈現(xiàn)出下游強于上游的偶極子特性�；诜蔷硷L扇各葉片聲諧波的考察,提出了非均布風扇的降噪機理是葉片聲諧波的相位抵消,而該抵消的原因是葉片周向非均布、葉片定常載荷差異、以及葉片等效聲源的周向偏置。4.基于非均布風扇中葉片間定常載荷的差異,建立了基于Lowson模型的半混合聲學預測方法,提出了非均布分布律的降噪模型。以上模型與方法顯著地節(jié)省了非均布設(shè)計時的混合方法過程成本;與實驗數(shù)據(jù)及混合方法計算結(jié)果的對比表明了上述方法與模型的有效性;基于降噪模型提出了優(yōu)化設(shè)計結(jié)果,實驗結(jié)果表明其相比原非均布設(shè)計,能夠顯著降低葉片通過頻率的噪聲。文章以數(shù)值模擬方法針對非均布風扇進行了詳細的流場分析和噪聲預測,結(jié)果對非均布風扇的設(shè)計具有重要的工程指導作用。
【圖文】：

上海交通大學碩士學位論文第一章 引論.1 研究背景汽車發(fā)動機中，，因為發(fā)動機冷卻液管道散熱的需要，配有特殊設(shè)冷卻風扇（下面簡稱為冷卻風扇），其核心部件包括風扇葉片環(huán)，機，以及支架，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-1 所示。冷卻風扇所產(chǎn)生的機中的主要噪聲源之一[1]。在冷卻風扇中，精密的裝配使得其他震動及摩擦噪聲，或是驅(qū)動電機的電磁噪聲）相比氣動噪聲來說并卻風扇的噪聲中，氣動噪聲是最重要的噪聲。因此，研究冷卻風對基于噪聲考慮的汽車發(fā)動機設(shè)計有十分重要的意義。

以本文所研究的非均布風扇為例，圖 1-2 給出了某型非均布風扇聲壓級的頻譜。由圖，除了在較低頻率內(nèi)噪聲聲壓級較弱之外，從 100Hz 左右開始，在較寬的頻帶中都存在比較頻域性質(zhì)平緩且連續(xù)的寬頻噪聲，如圖1-2中紅色虛線所示。- 12 -
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U464

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 孫曉峰;不等節(jié)距葉片風機氣動聲學特性的研究[J];北京航空學院學報;1986年04期

本文編號：2681575