通风机的振动噪声国内外研究现状和发展前景

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风机广泛用于冶金、石化、能源、建筑、农业等各行各业。据统计，离心式通风机的用电量占到全国总发电量的5%左右[1]。风机噪声预测，是目前比较热门同时也是难度极大的工程课题之一。风机在一定的工况下运转时,其发出的噪声主要包括气动力噪声、机械噪声及气固弹性系统相互作用产生的气固耦合噪声。在风机的这些噪声中,空气动力噪声约占45%,机械噪声约占30%,气固耦合噪声约占25%。86946

虽然现在对风机的主要噪声源已有共识，也就是风机叶轮和静止部件相互作用产生的离散噪声(又称叶片通过频率噪声，对离心风机来说就是风舌噪声)和由于来流湍流、物面边界层中的湍流及物面分离脱体流动和间隙二次流产生的宽带噪声(又称旋涡或湍流噪声)。但从气动力噪声理论来看，主要是作用在风机各部件上的不定常力造成的偶极子声源，其它的叶片厚度造成的单极子噪声源和旋涡区中的四极子噪声源均可不考虑[2]。论文网

对离心式风机的研究难度大，但这是国际前沿工作，工业上的实用价值也非常高，所以目前国内已有部分高校和企业开始了这个项目的研究。西安交通大学的陈花玲、苏强等人提出的通过整流丝网使得进入流道的气体更加顺畅的方法不失为一种有价值的方案。设置蜗舌消声器[3]、设计消声蜗壳[3]、不规则叶片的间距[3]、采用加载式叶片型线叶轮结构[4]等几种降噪方法也值得学习。国外的K。R。Fehse和W。Neise通过研究认为离心风机低频噪声是由于叶轮前盘和叶轮吸力面处的流动分离产生的[5]，所以在叶轮设计中，要求叶轮轮盖曲率半径大且叶轮出口宽度小[6]，尽可能的避免流动分离。

作为风机噪声中的另一组成，气固耦合噪声的研究也得到了一定的发展。气固耦合噪声由气体和固体弹性系统相互作用而产生，具体来说与气体绕流、流动分离和漩涡所引起的压力脉动有关。

通过长期对离心风机的研究和通过对大量实验数据分析的基础上，人们通过规律发现涡轮机械中的空气动力噪声与实验中的一些数据关系密切。因此，近年来出现了采用CFD(流体动力学数值仿真)方法模拟研究离心风机三维粘性流动的流体运动，然后利用涡声理论研究漩涡噪声、湍流噪声等的发声机理。

同样，离心风机的噪声还包括了机械振动噪声。机械振动噪声究其振动源而言，我们发现其同样与风机内部流场运动状态有关。离心风机的振动一方面是由于风机的传动与转子转动有关，另一方面与蜗壳内部流场动压引起的蜗壳振动有关。所以，除了关注传统方法认为的离心风机转子转动引起的转动噪声外，要设计一种新型的低噪声风机，更应从风机内部流体动压的降低而减少蜗壳振动的角度出发来加以研究。

李嵩、黄东涛、朱之墀[7、8]等人提出的现代设计方法内容是：首先根据改进的工程设计方法给出综合性能较好的风机通道型线；然后数值模拟风机整机(包括进风口-叶轮-蜗壳，且考虑间隙)三维粘性流动，来分析比较其内部流场，为改进设计提供依据，同时进行优化计算，好中选优，优化目标是在满足风量和风压的前提下，效率越高越好；最后通过样机研制和现场性能试验来检验和修正设计方法并得到高性能产品。这里改进的工程设计方法是数值优化计算和高性能产品设计的基础，数值模拟是关键，其难点是如何使它对风机气动性能预估能和实测结果吻合。现场性能试验用来修正设计和改进数值模拟方法。经过这样多次循环，最后获得高性能的风机产品。应该指出，这种方法目前只能优化设计和预估风机气动性能，不能预估噪声。但是，一般而言高效率就意味着低噪声。