基于叶片出口角的低噪声船用离心风机优化设计

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船用离心风机是船舶通风系统的核心,能耗大,噪声高,对船舶节能减排及噪声污染防治产生直接影响。提高风机效率,降低风机噪声已成为船舶行业发展的关键技术。本文采用计算流体动力学方法,对船用离心风机进行优化设计,以满足舱室通风、安装空间及噪声要求。在优化后风机的基础上,研究叶片出口角对风机内部流场及噪声特性的影响规律,为高效低噪离心风机设计提供理论依据与技术支撑。基于风机设计要求,综合模型机噪声控制基础及通风机设计理论进行CT6-35型离心风机空气动力学略图设计。在模型机数值计算与试验验证的基础上,采用数值计算方法进行CT6-35型风机优化设计。通过敏感性分析对叶片进口角、叶片出口角、叶轮出口宽度、叶轮入口直径进行参数筛选,使用遗传算法对风机性能影响较大的结构参数(叶片出口角、叶轮出口宽度)进行优化,优化后风机叶片出口角为62°,叶轮出口宽度为45 mm。与原设计相比,优化后叶轮与蜗壳匹配性增加、叶道内旋涡占有面积减少、流动分离减弱、稳定性提升。在全压达标与兼顾噪声标准的前提下,风机效率达到81.2%,相比原设计提升3.4%。通过定常与非定常数值计算,采用数值计算流场可视化、FFT、声谐波边界元等方法,研究叶片出口角对风机内部流动损失、旋涡流动特性、压力脉动及偶极子源声场的影响。结果显示:随叶片出口角增加,叶道中旋涡沿叶轮旋转方向向其它叶道扩展,占有面积及强度增加,旋涡导致的流动损失增加与蜗壳流域动静压转换过程中的能量损失增大导致风机效率下降。同时,蜗壳区域压力脉动及偶极子源噪声增大,不利于风机噪声控制。其中叶片出口角为72°时蜗壳流域内压力脉动约为叶片出口角为52°时的2倍;叶轮旋转偶极子源噪声受叶片出口角影响较小,蜗壳壁面偶极子源噪声随叶片出口角增大而增大。
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