摘要：

分析了横流风机的流场和声场特性。包括：(1)空气动力特性}(2)气动声和结构声；(3)进行声场和流场研究的试验St置；(4)噪声机理及降噪措施。

1引言

横流风机是Mortier 于1892年发明的。由于B·埃克发表了他的实验研究，横流风机的实用性才开始被大众所识。近十几年来．为提高产品的质量(尤其是低噪声要求)，横流风机的 流场和声场的研究变得十分重要。

当今，横流风机主要用于风幕机、喷雾器和空调器 ，文献[3]介绍了风幕机的空气动力设计和降噪措靠瓿。文献[4]强调了研究其射流特性的重要性。更为人们关注的是 横流风机已成为挂壁式、落地式和悬吊式等分体式空调器室内机组的发声源，它们的噪声级已成为衡量产品优劣的重要标志之一。

本文对横流风机的流场和声场进行综合分析，提出横流风机的降噪措施。文中还给出了进行横流风机流场和声场研究的一种实验装置。该装置既可以进行横流风机的基础理论研究，也可对产品进行性能标定。

2流场分析

横流风机叶轮内的流场是十分复杂的。实验发现在叶轮内部存在一个旋涡。该旋涡的中心是位于叶轮内圆周附近靠涡舌的一侧。叶轮内的旋涡控制着整个速度场。随着流量的变化，旋涡中心则沿圆周方向移动。从B·埃克的实验照片到文献[5]的激光多卜勒测速，证明了横流风机的内部流场仍有许多值得研究的内容。

由于横流风机径向吸入和径向排出空气，所以修改壳体和叶轮之间的相互关系，或者改变壳体外形，就可以改变进气和排气的方向，这是横流风机的一大特点(见图1)。

叶轮直径可大可小，不管叶轮直径大小如何 ，均可以根据要求制成需要的宽度。这是它的又一特点。

研究横流风机的流场包括三个方面：(1)进气流场，(2)叶轮内部流场，(3)排气射流流场。

进气流场主要研究进气流动图型和各种阻挡物的扰流影响；叶轮内部流场一般是剖析旋涡的机理和影响，研究叶片的绕流状态：附着和分离、层流和紊流；排气射流场主要研究低速度射流的特性：速度型及紊流度。

研究的方法分实验研究和理论研究。实验研究是将叶轮置于专用试验装置中，改变叶轮各种参数和改变机壳外形，利用压力测量或光学测量的方法获得实验结果。为了获得横流风机内部流场的流型和紊流能量图，文献采用激光多勒测速仪(LDV)进行复杂流场的测量。为了获得横流风机的喷雾器的排气射流流场，文献[4]介绍了沿着射流中心线，测量气流速度的横向速度型。理论研究是对叶轮流场进行空气动力学的数值计算。文献[13]介绍了一种用干带复杂机壳外形的风机的边界元方法。理论汁算同样得到了很好的效果。

就产品而言，流场研究的最终目的是提高流场性能，以最小的压力损失获得尽可能高的效率。本文指出：噪声(气动声)同流动密切相关，流场研究必须考虑对声场的影响。

3声场分析

图2给出了作者斫测量的某原装空调器室内机组的噪声频谱。横坐标是频率，纵坐标是A声级 。

从频谱图可以分析得出横流风机是空调器室内机组的主要噪声源。它的旋转频率噪声不像轴流风机那么突出，而它的宽带噪声是十分丰富的。要降低横流风机的噪声，必须考虑如何降低其宽带噪声。

关于旋转叶片的噪声问题，作者曾作过如下的分析：

旋转叶片是一种噪声源，可分成离散频率噪声(有时称旋转或谐波噪声 )、脉冲噪声(有时称

为叶片拍振)和宽带噪声。

当叶片旋转时，宽带噪声是由干来流紊流，涡脱落或附面层引起的旋转叶片的载荷脉动所产生的声音。在频谱上，它有一个连续的谱形(虽然有时有小峰值或鼓包)。

关于宽带噪声机理的分类：从气动声学的基点来看；宽带噪声是叶片同紊流之间干扰的结果所引起的声音；从空气动力学的观点来看：这是流场中的一种非定常随机载荷脉动。

叶片和来流紊流干扰包括：周围大气紊流设入、旋转叶片尾迹吸入和上漪物体的尾迹嘎入。叶片自紊流和自涡包括：附着附面层、分离附面层、叶尖涡形成、层流涡脱落和后缘钝化涡脱落。

横流风机的叶轮是一个噪声源，其噪声的成分既有离散声，也有宽带声。以上的分析对横流风扇也适用。要弄清其机理，必须进行基础理论的研究。

除了气动声外，还存在结构声。为了减轻产品的重量，往往选用了薄壳结构。不加阻尼的薄 壳振动会产生比较大的噪声。叶轮转动时的质量不均衡，同样会使壳体辐射噪声。声渡在横流风机的管道中传播时，由于结构特点，可以放大声音也可抑制声音。当然进气和排气噪声也是研究的内容。

4声场和流场的测试装置

目前，通风机空气动力性能试验方法已有国标可查，国外也提供 了各种试验装置，但均不包括横流风机，至于同声学有关的试验装置则披露更少。一般地说，横流风机的空气动力特性和声学特性的实验要分别进行。前者主要测量与流场有关的参数；后者主要测量与声场有关的参数。本文参考了某些文献的原理，设计了一种试验装置，可以在此装置中进行声场和流场的试验(见图3)。

整个试验装置包括动力段、横流风机模型段、试验段和声学终端段。动力段由可变速的电动机组成；横流风机模型段实际上是考虑二元效应的真实叶轮的一部分或专门设计的叶轮模型，可以改变涡舌同叶轮的间距，可以修改风机的外壳形状，可以更换不同尺寸的叶轮；试验段中有流量测定和声学测定的传感器和探管；声学终端是活动的，在进行声学测量时，为避免端口的声反射，避免进气噪声和排气噪声对叶轮噪声成分的干扰而加置的。

所测的性能参数有压力、温度、流量 、功率和噪声等。特别要强调的是：流动对发声影响甚大，在研究横流风机噪声成分时必须要考虑到装置的附加影响。当然，在考虑流道压力损失时有时需要加上辅助风机。

5降噪措施

文献[10]汇集了除横流风机外的许多风机的降噪文献。其中文献[11]综合介绍了十五种降低离心风机噪声的方法，这些减噪方法可以在横流风机上得到利用。文献[7]提出了降低风幕机横流风机噪声的八种措施，包括：限制风幕机出口风速；增大叶轮直径；降低叶轮速度；适当增大叶轮与蜗舌及叶轻与隔板之间的间隙值；完善蜗舌的结构形状；增大进气口面积；防止壁板振动；叶轮经过平衡检查；采用有良好吸振性的新型高分子材料；采用减震衬垫。

在经过一系列降噪治理后，横流风机噪声级一般可降低到 35dB(A)。综观国内外空调产品，到目前为止，35dB可能仍是工程技术人员追求的理想目标。

本文认为，横流风机的降噪应该分成两类，第一类，必须消除由振动引起的噪声。第二类，完善叶轮的空气动力特性和气动声学特性。

第一类的研究，一般是由于叶轮旋转引起的振动。根本原因是其质量不均匀。该振动通过轴承传递到风机外壳。为了减少噪声．在轴承同机座之间加上橡皮减振补套，使轴承处于类悬浮状态，防止振动传递到外壳。该类研究还包括壳体的振动问题，加上阻尼是最佳办法之一。

第二类的研究，是确定最合适的叶片形状。从理论上来说，该叶片应有最佳的空气动力特性 和气动声学特性。一般地说，叶轮内外径之比(即d／D)是一个重要参数，为降低风机噪声，可将s取大一些；叶轮外周叶片角β：可偏小些，叶轮内周叶片角β，可偏大些(同常规横流风机相比)。

蜗舌的结构形状的好坏是提高效率、降低噪声的关键之一。改进的办法以实验为主。

值得注意的是：在空调器降噪研究中，往往降低ldB的声压级也需要花出辛勤的劳动。降低几个dB的声压级往往被认为是有很好的降噪效果。但是降噪量必须在同等流量的条件下来比较。因为流量减少(速度降低)，气动噪声随之降低，这并不归属干本文所指的降噪效果。