高壓比離心壓氣機(jī)流場(chǎng)與聲場(chǎng)仿真及氣動(dòng)噪聲控制技術(shù)研究.pdf

1、離心壓氣機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中占有重要地位，特別是在動(dòng)力工業(yè)、冶金、石油化工、天然氣運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門(mén)獲得了廣泛的應(yīng)用。其在船舶動(dòng)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(dòng)更加復(fù)雜，隨之帶來(lái)的噪聲問(wèn)題也日益受到關(guān)注，因此對(duì)高壓比離心壓氣機(jī)流場(chǎng)與聲場(chǎng)的研究以及噪聲控制研究對(duì)其氣動(dòng)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(tái)，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(chǎng)仿真模型。經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)性能的仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)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(chǎng)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(dòng)分析，通過(guò)與壓氣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)對(duì)比來(lái)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(duì)壓氣機(jī)流場(chǎng)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(dòng)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(wú)葉頂間隙下的流動(dòng)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(dòng)惡化，該過(guò)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(méi)有足夠的推動(dòng)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(dòng)聲學(xué)原

5、理出發(fā)，得到適合高壓比離心壓機(jī)的聲場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)Mohring聲類比法進(jìn)行數(shù)值處理，進(jìn)行壓氣機(jī)氣動(dòng)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(dòng)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(jí)較氣動(dòng)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(jí)在各個(gè)頻率下衰減程度各不相同。
　　開(kāi)展壓氣機(jī)輻射噪聲與蝸殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)證明了增壓器蝸殼表面振動(dòng)與輻

6、射噪聲存在相關(guān)性，由氣動(dòng)力誘發(fā)蝸殼表面振動(dòng)，蝸殼表面振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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