空調器室外機軸流風機系統(tǒng)內部復雜流動及其氣動聲學研究.pdf

1、含導風罩的部分管道式軸流風扇系統(tǒng)大量應用于民用和商用空調器中，其結構特點與全管道式以及全開式軸流風扇系統(tǒng)有很大的不同，為了提高空調室外機的性能以及降低噪聲，對部分管道式軸流風扇系統(tǒng)的氣動聲學及其流動特點的研究已經成為室外機研究的主要方向之一。 論文以分體式空調器室外機內部含導風罩的部分管道式軸流風扇系統(tǒng)為研究對象，采用先進的實驗分析和CFD數值計算相結合的研究手段詳細研究了均勻進氣情況下部分管道式軸流風扇系統(tǒng)及復雜結構單轉子和上

2、下并聯(lián)雙轉子室外機的氣動－聲學性能。分析了部分管道式軸流風扇內部復雜三維湍流流場，特別是葉頂區(qū)域葉尖渦的形成、發(fā)展，及其與導風罩干涉后的拉伸和破裂現象。提出了基于低速等熵流渦聲理論和CFD數值計算方法相結合的部分管道式軸流風扇系統(tǒng)氣動噪聲源辨識方法，在此基礎上發(fā)展了基于CFD的渦脫落噪聲預測模型。采用近場CFD計算非定常脈動力和遠場非齊次FW-H方程相結合的氣動聲學混合計算方法，分別在時域和頻域對室外機軸流風扇離散頻率噪聲及其噪聲譜進行

3、了預測研究，并分別對時域預測模型和頻域預測模型展開了討論。本文的主要研究工作包括： 1.建立了一套軸流風扇氣動－聲學實驗裝置。采用聲強法對室外機噪聲源分布進行了詳細的測量，結合頻譜分析手段分析了室外機主要噪聲頻譜特征。采用粒子圖像測速儀(Particleimagingvelocimetry，PIV)和熱線風速儀(HotwireAnemometer，HWA)對含導風罩的部分管道式軸流風扇系統(tǒng)內部流場進行了詳細的測量。實驗結果結合三

4、維CFD數值模擬研究了部分管道式軸流風扇系統(tǒng)葉尖渦、尾緣渦特征，及其在室外機內部的流動變化。 2.室外機中主要噪聲來自于軸流風扇系統(tǒng)出口產生的氣動噪聲，噪聲源表現為偶極源分布特征。室外機噪聲頻譜由寬頻和離散頻率噪聲組成，寬頻噪聲起主導作用，離散頻率噪聲峰值在葉片通過頻率及其諧波處。上下并聯(lián)雙轉子室外機離散頻率噪聲峰值分別對應上下葉輪通過頻率及其諧波處，室外機內部上下葉輪間流場干涉對室外機總聲壓級影響較小。 3.含導風罩的

5、部分管道式軸流風扇系統(tǒng)，在葉輪前緣由于吸力面和壓力面壓差產生葉尖渦，隨葉輪旋轉往下游和流道內部發(fā)展。當流經導風罩時，葉尖渦受導風罩擠壓，渦結構發(fā)生拉伸和破裂現象從而輻射噪聲。當軸流風扇置于室外機內部時，葉尖渦在子午面上的軌跡愈發(fā)向中部葉高方向發(fā)展。室外機不均勻進氣導致室外機進出口流場表現出明顯的不對稱性，該不對稱性使得葉輪旋轉一周的脈動增大。室外機不同時刻葉片表面壓力分布表明，葉尖渦與導風罩干涉是室外機中葉片表面非定常力脈動的主要原因，

6、影響室外機離散頻率噪聲。對上下并聯(lián)雙轉子室外機，進出口上下葉輪間流場干涉較小。 4.采用葉尖渦渦心軌跡分析方法得到了不同安裝角葉輪葉尖渦與導風罩干涉作用，建立了渦運動與聲學輻射的關聯(lián)。基于數值模擬的低速等熵流渦聲理論分析表明，對于均勻進氣的部分管道式軸流風扇系統(tǒng)，葉輪出口尾緣渦是噪聲輻射的主要方面。對于室外機，除尾緣渦影響外，氣流流經換熱器產生湍流對軸流風扇進口湍流噪聲有一定影響。熱線測量表明，氣流流經換熱器產生湍流，經過與主流

7、摻混作用，在到達葉片前緣時較小，產生的進氣湍流噪聲對低壓軸流風扇的噪聲輻射影響小。 5.基于三維定常數值模擬的渦脫落噪聲預測模型，計算得到空調室外機的寬頻噪聲及噪聲總聲壓級。噪聲預測與實驗結果對比分析表明，在葉片下游5mm處提取尾跡流動參數，預測得到噪聲較準確。單轉子室外機誤差在2dBA，對于上下并聯(lián)雙轉子室外機，不考慮干涉影響下，預測誤差在3dBA以下，預測方法滿足工程應用需要?；贔W-H方程和三維非定常數值模擬的混合方法，

8、對室外機離散頻率噪聲進行時域和頻域求解。通過精細的數值模擬計算，減少了時域噪聲預測所需時間。對頻域模型中Bessel函數的數值分析表明，對低馬赫數的低壓軸流風扇，僅二階以下Bessel函數對離散頻率噪聲預測有影響，簡化了頻域預測模型。聲學緊湊的分析及其與片條理論預測結果的對比，驗證了旋轉點源預測模型的準確性。時域和頻域預測結果在葉片通過頻率及其低階諧波處吻合較好，且與實驗結果相比誤差小，說明了離散頻率噪聲預測模型在室外機應用中的準確性。