為研究后4-72風(fēng)機(jī)葉輪的流場及噪聲問題，采用三維建模軟件ＵＧ對(duì)現(xiàn)有葉輪進(jìn)行逆向建模，提取出葉輪的幾何模型，運(yùn)用Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ對(duì)葉輪模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后采用Ｆｌｕｅｎｔ軟件模擬了葉輪三維粘性定常流動(dòng)特性，分析了葉輪內(nèi)部流動(dòng)情況，在此基礎(chǔ)上對(duì)葉輪模型進(jìn)行噪聲分析，得到流場模擬和噪聲分析結(jié)果，為葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。4-72風(fēng)機(jī)在大流量區(qū)計(jì)算值比實(shí)測值偏高，小流量區(qū)計(jì)算值比實(shí)測值偏低，但是整體上計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果基本吻合。

4-72風(fēng)機(jī)作為干燥、通風(fēng)類家電產(chǎn)品的重要組成部件，其性能直接影響著家電產(chǎn)品質(zhì)量的高低。隨著現(xiàn)代生活對(duì)節(jié)能、環(huán)保等要求日益提高，開發(fā)、低噪風(fēng)機(jī)成為必然趨勢。離心式通風(fēng)機(jī)的工作介質(zhì)為氣體，工作過程中會(huì)產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲、機(jī)械噪聲和氣固耦合噪聲，其中氣動(dòng)噪聲是主要噪聲，約占到總噪聲的４５％左右。風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲主要由離散噪聲（旋轉(zhuǎn)噪聲）和湍流噪聲組成。3）加進(jìn)氣箱后4-72風(fēng)機(jī)不僅效率有所降低，其全開流量與壓力與無進(jìn)氣箱相比也有所下降，加進(jìn)氣箱后離心風(fēng)機(jī)較優(yōu)工況點(diǎn)向小流量區(qū)偏移，進(jìn)氣箱內(nèi)部流場的復(fù)雜性以及出口速度的不均勻性對(duì)風(fēng)機(jī)內(nèi)部的流場分布產(chǎn)生了影響。高速高壓離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)噪聲較高，低速低壓風(fēng)機(jī)以湍流噪聲為主。且基頻噪聲和寬頻噪聲在風(fēng)機(jī)中不同程度的存在。目前對(duì)離心式通風(fēng)機(jī)降噪研究還處于試驗(yàn)為主的研究階段，但試驗(yàn)研究成本較大、周期較長，這對(duì)4-72風(fēng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)非常不利。此外，影響離心式通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的因素眾多，設(shè)計(jì)所得結(jié)果的降噪機(jī)理難以被系統(tǒng)揭示。數(shù)值模擬方法能夠提供風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場信息和噪聲分布情況，有利于準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)離心式通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理和降噪原理，為進(jìn)一步推廣降噪設(shè)計(jì)的方法提供依據(jù)。所以，對(duì)離心式通風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬的研究是非常必要的。

蝸殼優(yōu)化對(duì)4-72風(fēng)機(jī)金屬葉輪穩(wěn)定運(yùn)行的影響

蝸殼是離心風(fēng)機(jī)金屬葉輪的重要組成部分。它可以通過導(dǎo)流與擴(kuò)大壓力來提高離心風(fēng)機(jī)的效率。蝸殼入口氣流由于受到蝸殼流動(dòng)不對(duì)稱的影響，導(dǎo)致分布不均的現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)，由于蝸殼張開度擴(kuò)大能夠抑制流動(dòng)分離，使蝸舌附近區(qū)域的旋渦強(qiáng)度及其影響區(qū)域減小，從而有效地降低了多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲2。這種分布不均勻的現(xiàn)象會(huì)直接堵塞葉輪出口，從而使葉輪發(fā)生周期性的加速或減速，進(jìn)而降低離心風(fēng)機(jī)的工作效率，縮小了4-72風(fēng)機(jī)工作的范圍，影響了金屬葉輪的平穩(wěn)運(yùn)行。因此在蝸殼的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中必須將蝸殼寬度對(duì)流場的影響考慮在內(nèi)，合理設(shè)計(jì)外殼的寬度，降低對(duì)流場的影響。從而保證金屬葉輪的平穩(wěn)運(yùn)行。

電機(jī)優(yōu)化對(duì)4-72風(fēng)機(jī)金屬葉輪穩(wěn)定運(yùn)行的影響吸油煙機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備空間較小，為了節(jié)省空間，一般會(huì)使用內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)設(shè)備。內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)的長度、頭部傾角等在一定程度上影響著風(fēng)機(jī)性能和噪音。對(duì)內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)的形狀設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)增加金屬葉輪內(nèi)部的流動(dòng)損失，從而導(dǎo)致噪聲增大，離心風(fēng)機(jī)性能降低。而實(shí)際流動(dòng)過程中，氣體粘性作用常導(dǎo)致其速度在過流斷面上呈現(xiàn)的分布不均勻現(xiàn)象。電動(dòng)機(jī)的軸向長度和氣流的排擠率呈正相關(guān)的關(guān)系。葉輪進(jìn)口處的流道變窄會(huì)使前盤處脫流區(qū)域變大，從而導(dǎo)致金屬葉輪內(nèi)部損失增加。因此，在設(shè)計(jì)電機(jī)形狀時(shí)，應(yīng)充分考慮電機(jī)形狀對(duì)葉輪內(nèi)部流動(dòng)的影響，從而提高金屬葉輪的穩(wěn)定性，確保離心風(fēng)機(jī)的性能。

4-72風(fēng)機(jī)在大流量區(qū)計(jì)算值比實(shí)測值偏高，小流量區(qū)計(jì)算值比實(shí)測值偏低，但是整體上計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果基本吻合。由效率曲線圖可知，大流量區(qū)計(jì)算結(jié)果比實(shí)測結(jié)果偏高，小流量區(qū)計(jì)算結(jié)果比實(shí)測結(jié)果偏低，說明計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果吻合。進(jìn)氣箱是離心風(fēng)機(jī)重要的組成部分，主要應(yīng)用于大型離心風(fēng)機(jī)與雙吸離心風(fēng)機(jī)。通過實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的對(duì)比，CFX 軟件的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果一致，由此驗(yàn)證了采用CFX 軟件對(duì)帶進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬是可靠的。

試驗(yàn)噪聲分析

離心風(fēng)機(jī)的噪聲按照流體動(dòng)力聲源的發(fā)聲機(jī)制，分為三類：1）單極子，2）偶極子，3)四極子，風(fēng)機(jī)正常工作狀態(tài)下產(chǎn)生的噪聲主要來源于偶極子源。根據(jù)GB/T2888-2008《風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測量方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)有無進(jìn)氣箱離心風(fēng)機(jī)的噪聲進(jìn)行測試。因此，在設(shè)計(jì)電機(jī)形狀時(shí)，應(yīng)充分考慮電機(jī)形狀對(duì)葉輪內(nèi)部流動(dòng)的影響，從而提高金屬葉輪的穩(wěn)定性，確保離心風(fēng)機(jī)的性能。試驗(yàn)地點(diǎn)：浙江上風(fēng)高科專風(fēng)實(shí)業(yè)有限公司CNAS 檢測中心；采用聲級(jí)計(jì)對(duì)風(fēng)機(jī)出口處的噪聲進(jìn)行測試，測試方式及儀器。測量時(shí)，除地面外無其他的反射條件，測點(diǎn)位置D 距地面的高度與風(fēng)機(jī)出口中心持平，水平方向上與出氣口軸線成45° ，距離出氣口中心L=1m。

4-72風(fēng)機(jī)的噪聲在小流量區(qū)，帶進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)噪聲低于不帶進(jìn)氣箱，隨著流量的增加，帶進(jìn)氣箱的風(fēng)機(jī)噪聲顯著提高，在大流量區(qū)，明顯的高于不帶進(jìn)氣箱的噪聲。

將建立好的4-72風(fēng)機(jī)三維模型導(dǎo)入ICEM 軟件進(jìn)行混合網(wǎng)格的劃分。其中進(jìn)出口和葉輪區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，而蝸殼部分由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是電動(dòng)機(jī)周圍結(jié)構(gòu)并非規(guī)則模型，故采用適應(yīng)性較強(qiáng)的非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，具體網(wǎng)格如圖3 所示。綜合考慮動(dòng)靜耦合區(qū)域?qū)?shù)值模擬預(yù)測結(jié)果的影響，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，對(duì)邊界層進(jìn)行加密處理，其較低網(wǎng)格質(zhì)量雅克比[14]在0.3 以上。本文通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)離心風(fēng)機(jī)金屬葉輪穩(wěn)定運(yùn)行影響進(jìn)行研究，主要通過各部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)離心風(fēng)機(jī)金屬葉輪穩(wěn)定運(yùn)行的作用作簡要分析，以達(dá)到為保證金屬風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行提供理論支持的目的。為了保證數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免網(wǎng)格誤差對(duì)其模擬結(jié)果造成影響，對(duì)4-72風(fēng)機(jī)進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，如表1 所示。綜合考慮計(jì)算精度和計(jì)算效率可知，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)為25 萬左右時(shí)預(yù)測結(jié)果較為合理，終確定整個(gè)計(jì)算域的網(wǎng)格數(shù)為2513558。k-ε 模型作為為普遍有效的湍流模型，能夠計(jì)算大量的各種回流和薄剪切層流動(dòng)，被廣泛應(yīng)用于各類風(fēng)機(jī)的數(shù)值求解計(jì)算中。

由于有梯度擴(kuò)散項(xiàng)，模型k-ε 方程為橢圓形方程，故其特性同其他橢圓形方程，需要邊界條件：4-72風(fēng)機(jī)出口或?qū)ΨQ軸處k / n0和/ n0。但上述邊界條件只針對(duì)高雷諾數(shù)而言，在固體壁面附近，流體粘性應(yīng)力將取代湍流雷諾應(yīng)力，并在臨近固體壁面的粘性底層占主要作用。而多翼離心風(fēng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)尺寸小、相對(duì)馬赫數(shù)低，氣體黏性力在流體流動(dòng)過程中起重要作用，因此，在實(shí)際運(yùn)用過程中，標(biāo)準(zhǔn)k-ε 模型由于未充分考慮粘性力的影響，導(dǎo)致計(jì)算模型出現(xiàn)偏差。使用三維粒子動(dòng)態(tài)分析儀（3D-PDA）對(duì)大型風(fēng)機(jī)進(jìn)氣箱內(nèi)部三維氣體流場進(jìn)行測量，揭示了其內(nèi)部流動(dòng)的基本特征，為了解進(jìn)氣箱流場結(jié)構(gòu)和流動(dòng)機(jī)理提供了依據(jù)。運(yùn)用Visual C 將上述修正函數(shù)編寫為UDF代碼，并導(dǎo)入Fluent 內(nèi)置Calculation module。為符合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，4-72風(fēng)機(jī)進(jìn)出口邊界條件設(shè)置為壓力入口和壓力出口，出口壓降與動(dòng)能成正比，從而避免在進(jìn)口和出口定義一致的速度分布[15]。后以CFD 計(jì)算的定常結(jié)果作為初始條件，進(jìn)行非定常數(shù)值計(jì)算。