冷却用弯掠轴流风机变型设计及气动噪声分析

论文摘要

轴流风机广泛地应用于各个行业并起着核心的作用，高效率、低噪声的轴流风机已有一些成熟的模型，但是每种型号的风机都有其特定的最佳工况，当被用于其他场合时就会出现规格或性能不匹配的问题。基于弯掠轴流风机的优越性，本文将弯掠轴流风机应用于变压器冷却的高温环境中，并提出了一种变型设计的方法解决性能不匹配的问题。获得已有弯掠轴流风机的结构尺寸及试验数据，确定旋转区域、进口风道、出口风道等计算区域，建立计算模型并进行网格划分，选择合适的计算方法，对弯掠轴流风机模型进行了定常数值模拟并预测其外部性能。将预测及试验得到的风机全压-流量性能曲线在同一坐标系中进行比较，验证所选的数值模拟方法的正确性。为满足给定的流量和全压要求，利用变型设计方法得到了弯掠轴流风机的五种结构方案A/B/C/D/E，采用同样的计算方法预测它们的全压-流量及全压效率-流量性能曲线，筛选出了满足流量和全压要求且效率较高的B/E风机。对五种风机的叶轮轴向和径向特征流面上的全压和速度流线分布特性进行了分析，进一步验证了所筛选风机的优越性。E风机叶轮加工完成后在进口试验台进行了性能试验，验证筛选出的风机可以满足流量及全压要求。以稳态流场为基础，采用大涡模拟（LES）结合Lighthill声类比的改进方程——FW-H声学模型的方法对筛选出的B/E风机进行非定常计算及气动噪声预测。比较了远场噪声测点D处声压级的预测值及试验值。分析了以叶轮表面作为噪声源时B/E风机的涡流噪声频谱特性，研究了风机三维非定常内部流场中旋涡分布特性，并探讨了风机旋转区域内部声压级的分布规律，证明E风机满足给定的噪声要求。进一步探讨了E风机在不同转速时旋转区域内部不同位置气动噪声的时域和频域特性。最后结合本文工作的总结及不足之处，提出了对弯掠轴流风机气动噪声进行深入研究的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及目的
• 1.2 弯掠叶片优越性研究
• 1.3 内部流场模拟研究
• 1.4 气动噪声研究
• 1.5 本文研究内容
• 2 弯掠轴流风机模型及定常数值模拟
• 2.1 弯掠轴流风机模型
• 2.2 定常数值模拟
• 2.2.1 计算区域
• 2.2.2 网格划分
• 2.2.3 控制方程
• 2.2.4 定常模拟方法
• 2.3 数值模拟与试验结果对比
• 2.4 本章小结
• 3 变型设计及定常内流分析
• 3.1 变型设计方案
• 3.2 外部性能对比
• 3.3 定常内流分析
• 3.3.1 叶轮轴向内流特性
• 3.3.2 叶轮径向内流特性
• 3.4 E风机试验验证
• 3.5 本章小结
• 4 B/E风机气动噪声分析
• 4.1 风机气动噪声基本理论
• 4.1.1 产生机理
• 4.1.2 主要气动噪声源
• 4.2 气动噪声预测模型——LES+FW-H两步法
• 4.3 非定常计算
• 4.3.1 B/E风机模型图
• 4.3.2 计算方法
• 4.3.3 计算结果及试验对比
• 4.4 B/E风机气动噪声频谱分析
• 4.5 B/E风机气动噪声声压级分布对比
• 4.5.1 监测点布置
• 4.5.2 B/E风机a/b/c系列声压级分布对比
• 4.6 B/E风机非定常内部流场分析
• 4.6.1 静压分布
• 4.6.2 涡量分布
• 4.7 本章小结
• 5 E风机不同转速气动噪声对比
• 5.1 声压级分布对比
• 5.2 E1/ E2/E3 风机气动噪声时域分析
• 5.3 E1/ E2/E3 风机气动噪声频域分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在硕士期间发表的论文