点击下载：前向离心风机蜗壳出口结构的数值优化.pdf

摘要：对某前向离心风机内部三维非定常流动进行了数值计算，重点研究了蜗壳出口的3个结构参数—蜗壳出口扩张角、叶轮的露出长度以及蜗舌间隙对风机气动性能及气动噪声的综合影响．通过响应面方法对数值结果进行二次回归拟合，得到3个结构参数与风机效率和A声级间的函数关系，并进行了优化分析．数值结果表明：叶轮露出长度和蜗舌间隙对风机效率和A声级影响较为显著，通过优化能够在保持风机效率基本不变的情况下使A声级降低9．4dB将可靠的CFD数值技术与响应面方法结合起来用于指导离心风机的改进及试验设计是可行的。

气动噪声通常是离心风机的主要噪声，主要包括离散噪声和涡流噪声，其中离散噪声一般占有主导地位．由于旋转叶轮出口的非均匀气流和蜗壳之间存在强烈的非定常干涉，使得蜗壳表面、特别是蜗舌区域成为离心风机的主要噪声源区。

由于上述原因，国内外很多离心风机的降噪研究都着眼于蜗舌处几何参数的改进．Sasaki等人试验研究了叶轮的露出长度和蜗壳出口扩张度对离心风机气动性能及气动噪声的影响。以往的研究大多是对几何参数进行独立的降噪设计，很少考虑到参数之间的交互影响及优化设计，虽然有的能够取得一定的降噪效果，但也容易伴随产生风机气动性能有所下降的问题．寻求既能降低风机气动噪声同时又能保持甚至提高原有气动性能的设计方法，成为目前风机降噪研究追求的目标之一．因此，对离心风机的气动性能和气动噪声同时进行多参数的综合优化很有必要。

本文采用数值方法对蜗壳出口扩张角、叶轮的露出长度以及蜗舌间隙等3个蜗壳出口结构参数，对某前向离心风机气动性能和气动噪声的影响同时进行了研究．通过FLUENT软件计算离心风机内部非定常流动来获取流场和声源信息，利用效率公式和FW—H方程求得离心风机的效率和离散噪声，并采用响应面方法(RSM)，经过二次回归拟合得到3个结构参数与离心风机气动性能和气动噪声的函数关系式，寻找3个参数的最佳组合点，在保持离心风机原有良好气动性能的情况下，使气动噪声降至最低，为离心风机的优化设计提供参考。

结论

(1)通过响应面分析方法建立了蜗壳出口扩张角、叶轮的露出长度和蜗舌间隙与前向离心风机的效率和A声级之间的数学模型，可以比较明确地表示出3个结构参数之间的交互作用．数值分析结果表明：蜗壳出口的3个结构参数对风机的气动性和气动噪声均有一定的影响，其中叶轮的露出长度和蜗舌间隙影响更为明显。

(2)优化结果表明：通过响应面优化得到的蜗壳出口3个结构参数的设计组合，能够使改进后风机的气动性能与原风机基本一样，而气动噪声明显降低．响应面优化结果与相应的CFD验证结果相比误差很小．由于气动噪声的计算是在自由声场下得到的，忽略了蜗壳反射的影响，因此该结果仍有待于下一步进行试验验证。

(3)将CFD与RSM相结合的设计方法应用于指导离心风机的气动性能及气动噪声的优化分析中，可以为试验设计提供参考依据，有助于减少试验次数，降低试验成本，缩短研发周期．本文工作可为从事风机节能与降噪研究的同行们提供一些有益的参考。