高壓比離心壓氣機(jī)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(jī)在國民經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(jī)的廢氣渦輪增壓器。隨著內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排的要求不斷提高，內(nèi)燃機(jī)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(jìn)內(nèi)燃機(jī)的核心技術(shù)之一。而高壓比技術(shù)導(dǎo)致離心壓氣機(jī)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(jī)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(jì)優(yōu)良的葉輪模型進(jìn)行幾何前處理，利用BladeGen將處理后的模型進(jìn)行參數(shù)提取，最后生成三維實(shí)體模型與流場仿真模型。經(jīng)過壓氣機(jī)性能的仿真與實(shí)驗(yàn)對比驗(yàn)證，該建模技術(shù)建立模型準(zhǔn)確、誤差合理。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜壓氣機(jī)扭曲葉輪與葉片擴(kuò)壓器的再設(shè)計(jì)，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(jì)算方法進(jìn)行離心壓氣機(jī)流場仿真計(jì)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(jìn)行粘性流體運(yùn)動分析，通過與壓氣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)對比來驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性。從子午流面、葉輪、擴(kuò)壓器、蝸殼四個(gè)方面對壓氣機(jī)流場進(jìn)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(jī)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(kuò)壓器靜壓損失系數(shù)與總壓恢復(fù)系數(shù)呈負(fù)相關(guān)性。隨著流量的增加而不斷增加，擴(kuò)壓器

4、出口氣流速度不斷增加造成氣流在出口形成負(fù)沖角，高速氣流射向擴(kuò)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(kuò)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(fù)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(jì)算氣動聲學(xué)原

5、理出發(fā)，得到適合高壓比離心壓機(jī)的聲場數(shù)值計(jì)算方法，對Mohring聲類比法進(jìn)行數(shù)值處理，進(jìn)行壓氣機(jī)氣動噪聲與流致輻射噪聲數(shù)值計(jì)算分析，結(jié)果表明：壓氣機(jī)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(jì)算工況下主要噪聲源；壓氣機(jī)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(gè)頻率下衰減程度各不相同。
　　開展壓氣機(jī)輻射噪聲與蝸殼結(jié)構(gòu)振動實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)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(jī)實(shí)驗(yàn)研究較少掌握增壓器蝸殼結(jié)構(gòu)振動與壓氣機(jī)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(jìn)行壓氣機(jī)仿真模型建立，采用聲類比法進(jìn)行氣動噪聲計(jì)算，根據(jù)不同的蝸殼設(shè)計(jì)方法，建立6組壓氣機(jī)蝸殼結(jié)構(gòu)模型。從噪聲源的控制角度出發(fā)，進(jìn)行蝸殼結(jié)構(gòu)的離心壓氣機(jī)氣動噪聲控制分析。結(jié)果表明：考慮蝸殼螺旋線設(shè)計(jì)時(shí)， Stepan