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1 引言
离心通风机所产生的噪声已经成为环境污染的一个重要来源,对人们的生产和生活产生了严重的影响。在众多影响离心通风机噪声的因素中,蜗舌噪声最为人关注。引起离心通风机蜗舌噪声的主要原因是叶轮排出的气流与蜗舌的相互作用所致[1]。
经过大量实践和理论分析,人们已经提出了许多降低蜗舌噪声的方法,如:
(1)合理的设计蜗舌半径和蜗舌与叶轮的距离[2,7];
(2)采用倾斜蜗舌来降低噪声[3];
(3)采用蜗舌消声器降低噪声。如 ,1/４波长共振器,Helmholtz消声器,微穿孔板消声器 ,宽频蜗舌消声器等[4,5] 。
2 降噪的新思路———阶梯蜗舌
由于蜗舌噪声是离心通风机的一个主要噪声源,笔者通过长期的理论分析和试验研究,提出了一种可以降低蜗舌噪声的新型结构,蜗舌—阶梯蜗舌(见图1,已申报发明专利,并已授权)[6]。传统的单蜗舌蜗壳离心通风机,其蜗舌与叶轮外缘的间距之所以要有一个最佳范围,是因为间距太小,气流流过蜗舌与叶轮外缘的间隙时,就会产生啸叫声;若间距大了,尽管气流对蜗舌的冲击情况会有所改善,但却会有一部分气流在蜗壳里边随着叶轮不停地循环,这既消耗了功率,又减少了流量;同时还会与叶轮出口的气流发生周期性地撞击,从而产生低频振荡或共鸣,导致噪声增大。而采取阶梯蜗舌蜗壳降噪,便可使两个蜗舌各司其职,下蜗舌可用来保证风机性能必要的间距,上蜗舌则可拉开更大的间距,以使气流对蜗舌的冲击情况得到改善。从而可突破所谓的最佳范围禁区。其技术方案:将原来的一个蜗舌改成两个蜗舌 , 结构形成阶梯状。图1是这两种类型蜗舌的结构简图。
笔者将阶梯蜗舌技术应用于一种排油烟离心通风机,采用前弯叶片,叶片数为42,转速900r/min,设计流量为900m3/h,全压为130Pa; 传统设计蜗舌的蜗壳和阶梯蜗舌的蜗壳几何简图见图2和图3。运用通用CFD软件Fluent对传统设计蜗舌和阶梯蜗舌两种离心通风机流场进行了二维数值模拟,解释了阶梯蜗舌降噪的机理。并且用声级计对两种风机进行了噪声测量。
图1 单蜗舌与阶梯蜗舌蜗壳的结构简图
图2 传统设计蜗舌的蜗壳
图3 阶梯蜗舌的蜗壳
3 数值仿真
3. 1 运用 GAMBIT2.0对两种风机进行建模
图4和图5分别为两种风机的计算几何模型及网格。对叶片表面及蜗舌附近的壁面采用了边界层网格(网格相对较细)。由于考虑到叶片进口附近有涡流出现,为了使计算收敛,把速度进口边界放在了小于内径的圆周上。蜗壳出口为压力出口边界。为了在fluent计算中用Multiple Reference Frame(MRF)模型 ,把整个流体区域划分为A,B,C三个区域。区域A,B,C的网格类型分别为Quad-Map(四边形网格),Tri-pave(三角形网格),Tri-pave,间隔尺寸分别为 8mm,1mm,2mm 。
3 数值仿真
3.1 运用GAMBIT2.0对两种风机进行建模
图4和图5分别为两种风机的计算几何模型及网格。对叶片表面及蜗舌附近的壁面采用了边界层网格(网格相对较细)。由于考虑到叶片进口附近有涡流出现,为了使计算收敛,把速度进口边界放在了小于内径的圆周上。蜗壳出口为压力口边界。为了在fluent计算中用MultipleReferenceFrame(MRF)模型,把整个流体区域划分为A,B,C三个区域。区域A,B,C 的网格类型分别为Quad-Map(四边形网),Tri-pave(三角形网格) ,Tri -pave , 间隔尺寸分别为8mm,1mm,2mm 。
1. 速度进口边界 2. 压力出口边界
3. 区域 A 4. 区域 B 5. 区域 C
图 4 传统设计蜗舌风机的计算模型及网格 |
1. 速度进口边界 2. 压力出口边界
3. 区域 A 4. 区域 B 5. 区域 C
图 5 阶梯蜗舌风机的计算模型及网格 |
