高壓比離心壓氣機流場與聲場仿真及氣動噪聲控制技術(shù)研究.pdf

1、離心壓氣機在國民經(jīng)濟各部門中占有重要地位，特別是在動力工業(yè)、冶金、石油化工、天然氣運輸?shù)裙I(yè)部門獲得了廣泛的應(yīng)用。其在船舶動力領(lǐng)域主要應(yīng)用于船用內(nèi)燃機的廢氣渦輪增壓器。隨著內(nèi)燃機節(jié)能減排的要求不斷提高，內(nèi)燃機增壓技術(shù)得到了很大的發(fā)展，高壓比技術(shù)已成為先進內(nèi)燃機的核心技術(shù)之一。而高壓比技術(shù)導(dǎo)致離心壓氣機的流動更加復(fù)雜，隨之帶來的噪聲問題也日益受到關(guān)注，因此對高壓比離心壓氣機流場與聲場的研究以及噪聲控制研究對其氣動性能與聲學(xué)性能的提升都具有

2、重要的意義。
　　本文借助BladeModeler軟件平臺，將設(shè)計優(yōu)良的葉輪模型進行幾何前處理，利用BladeGen將處理后的模型進行參數(shù)提取，最后生成三維實體模型與流場仿真模型。經(jīng)過壓氣機性能的仿真與實驗對比驗證，該建模技術(shù)建立模型準確、誤差合理。該技術(shù)可實現(xiàn)復(fù)雜壓氣機扭曲葉輪與葉片擴壓器的再設(shè)計，克服扭曲葉輪流域的網(wǎng)格劃分難題，為仿真研究提供快速通道。
　　采用有限體積數(shù)值計算方法進行離心壓氣機流場仿真計算，以Navie

3、r-Stokes方程作為理論支持，并采用k??雙方程湍流理論模型進行粘性流體運動分析，通過與壓氣機性能實驗對比來驗證數(shù)值計算的準確性。從子午流面、葉輪、擴壓器、蝸殼四個方面對壓氣機流場進行分析。結(jié)果表明：葉輪流道內(nèi)產(chǎn)生的泄漏渦與主葉片前緣激波相互作用造成有葉頂間隙下的流動損失，高速流體與機匣壁面產(chǎn)生壁面渦與主、輔葉片前緣的激波損失造成無葉頂間隙下的流動損失。葉片擴壓器靜壓損失系數(shù)與總壓恢復(fù)系數(shù)呈負相關(guān)性。隨著流量的增加而不斷增加，擴壓器

4、出口氣流速度不斷增加造成氣流在出口形成負沖角，高速氣流射向擴壓器葉片前緣工作面，使得其載荷發(fā)生突變并造成流動惡化，該過程是造成擴壓器性能隨著流量增加而不斷下降的主要原因；蝸殼靜壓損失系數(shù)與總壓恢復(fù)系數(shù)呈負相關(guān)性。相同轉(zhuǎn)速下，徑向速度隨著流量而不斷增加，導(dǎo)致軸向速度不斷降低，蝸殼內(nèi)部分流體沒有足夠的推動力迅速排除蝸殼，在蝸舌處受到到較大速度與壓力梯度影響形成漩渦，漩渦造成的堵塞是造成蝸殼性能不斷降低的主要原因。
　　從計算氣動聲學(xué)原

5、理出發(fā)，得到適合高壓比離心壓機的聲場數(shù)值計算方法，對Mohring聲類比法進行數(shù)值處理，進行壓氣機氣動噪聲與流致輻射噪聲數(shù)值計算分析，結(jié)果表明：壓氣機氣動噪聲主要由離散噪聲與渦流噪聲兩部分組成，葉頻噪聲為計算工況下主要噪聲源；壓氣機流致輻射噪聲的聲壓級較氣動噪聲有較大衰減。由于蝸殼與空氣在不同頻率下噪聲輻射效率不同，聲壓級在各個頻率下衰減程度各不相同。
　　開展壓氣機輻射噪聲與蝸殼結(jié)構(gòu)振動實驗研究。實驗證明了增壓器蝸殼表面振動與輻

6、射噪聲存在相關(guān)性，由氣動力誘發(fā)蝸殼表面振動，蝸殼表面振動是產(chǎn)生蝸殼輻射噪聲的主要原因。目前關(guān)于高壓比離心壓氣機實驗研究較少掌握增壓器蝸殼結(jié)構(gòu)振動與壓氣機噪聲的關(guān)聯(lián)性，可為增壓器降噪提供了新思路。
　　利用逆向建模技術(shù)進行壓氣機仿真模型建立，采用聲類比法進行氣動噪聲計算，根據(jù)不同的蝸殼設(shè)計方法，建立6組壓氣機蝸殼結(jié)構(gòu)模型。從噪聲源的控制角度出發(fā)，進行蝸殼結(jié)構(gòu)的離心壓氣機氣動噪聲控制分析。結(jié)果表明：考慮蝸殼螺旋線設(shè)計時， Stepan