转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析

转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析

第2 0

3 5

卷第年1

1

期

工

程

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学

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3 5

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1

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1

4

转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析

李(

业1.

1

周水清

1

王

军

1

李,

辉

1

付观井4 3 0 0 7 4

;

2

华中科技大学能源与动力工程学院佛山市南海九洲普惠风机有限公司,,

湖北

武汉佛山ti l l

2

.

广东i

5 2 8 2 2 2

)

摘

要针对弯掠轴流风机气动噪声问题采用大涡模拟 L E S和基于 L g h h声类比的 F W H模型相结合的方法进行

非定常计算通过快速 F o u e转换 F F T得到风机远场气动噪声声压级分布对比研究了三种转速下旋转区内声压级

-

(

)

,

r

i

r

(

)

,

.

分布规律最大;

、

时域及频域特性个旋转周期内,

,

结果表明

:

旋转区域内声压级随转速增加而增大6

,

前缘分离涡在某

一

转速时影响区域和强度

.

在

一

声压脉动呈现出L E S

个波峰与波谷o ue

,

验证了叶片转动频率是风机内部气动噪声的主要激励频率

关键词

弯掠叶片:

;

大涡模拟.

(

)

;

快速:

F

r

i

r

转换

(

F F T:

)

;

声压脉动

-

中图分类号

T H

4 3 2

1

文献标识码

A

文章编号

0 2 5 3

2 3

1

X

(

2 0

1

4

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0

1

-

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-

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)

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o

引

言,

近年来入的研究,

国内外学者对弯掠叶片进行了广泛深,

F W

-

H

模型相结合的方法预测气动噪声,

.

对弯掠叶Fo uri

并将其应用到低压轴流通风机领域_

取

片轴流风机进行非定常计算

再通过快速

e r

转

得了不错的节能降噪效果掠的合理匹配动状况,

1丨

4

1

。

叶片周向弯和轴向

换

F F T( )

处理声压信号

.

,

得到噪声的频谱

、

声压级

可以有效控制沿叶高方向的二次流51,

和功率谱等参数,

分布和径向压力分布,

61

,

改善叶轮机械的内部流7丨

降低风机的气动噪声,

气

目

前对

:

]

弯掠叶

1

风机模型及网格划力t

j

r

K

|

/

v

片轴流风机的研究

多集中在提高其机械性能和改

善其内流分布方面

,

弯掠风机模型

对以叶片表面作为噪声源研究弯掠风机模型结构参数为1.

1

:

叶轮直径 D0.

=

9 1 0

旋转区域内气动噪声问题的文章较少题

。

m m

,

叶片数3 8°,

Zn

=

6

,

轮毂比为r

2 7 6 8

,

根部安装角

2 2

0 0 0

本文针对前弯前掠叶片轴流风机的气动噪声问,

A

二

转速二

=

9 9 0

/ m

i

n

,

流量1

Q

=

m

3

/

h

,

采用基于大涡模拟:

L E S( )

和1

L ig h-

t

h

i l l

声类比的`

全压 A

f

对0 P

a

。

风机模型如图乇

所示

.

收稿日期作者简介

2 0 1 2

-

1

2

-

1

5

;

修订日期-

:

2 0

3

1 2

-

2 3

:

李

业

(

1

9 8 8

=

)

男

,

硕士研究生

,

主要从亊流体机械,

丨

/

能降噪研究t

.

通信作者

I

军

,

教授

,

博士生导师

,

主要从

亊流体机械设计方法与内流特性研究

w

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j

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1

6 3

.

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转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析

5 2

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.

程

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物

理

学

报 3 5卷

表'

1

Ep

1

/

Ei

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Ei

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风机运转时间

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j

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T.

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EE

1

/

E

2/

E

3

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,

风机运转时M/s

E

1

2

u

0/

1

0

.

6

0

.

4 8 4 8 5

风机远场噪声接收点

D,

位于风机如图3

;

l

i

U

。

轴线

4 5

。

方向丨

,

距离出

U

L

=

1

i

n

处

所示

冬

丨

1

风机模哦及旋H K域:l

丨

叫r

格ot

F

i

g

.

1

T

l

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D

1

.

2

网格划分采泔K'

n

H

M

网格技术划分网格口

,

计笕 K域分为丨

进

丨

丨

段

,

旋转 K和出,

段进。

U

段和

丨

i

L

丨

段均采用结^,

^

V 7

/~

\

°

4 5

L

?

i体M格叶片构六面体网格旋转区采用非结构叫 ff

表面进行局部加密处理个计算区域网格如图2

,

网格总数约为,

1

7 0

77

.

牿

:

、

AU

^

所示、

ar'

!

噪巧接收(

位i

'

D

1

i

g

.

.

5

I

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…

…

…

:

”

“

卞

.

…:

此外<

>

为探究风机旋转 x域内不同位托处況广

i

f-

.

丨

,,

,

—

,

|

$|

别;

1f

相,

/

.

作丨

)

丨

丨

的强度

,

在叶片顶端个

、

前缘和足缘处共尔

点!

—

—

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V C:

j

A

^

A

A

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,

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i

^所示

。

2

数值校拟 muo

t<A j,

a.

2

a

3

a.

4

a.

5

a.

6

a

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8 .

.

^

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非边常汁灯H,

l有阪体枳法离散滤波后采f丨丨

l

i

X

?

的控制方程

i

力S

速度耦介采T O!,

I丨

M S

Ol

解法

,

压力

i f

?

^

1?

c

x

aC C C C CC

6

离散格式为(

丨

K K

叶轮旋转 K域,

h

多重坐标系 B1

?

*

M R

F

)

模型改为滑移网格模型动址方程采用二阶中,

5

5

?

*

5

心差分格式

时间项采用二阶精度的隐式差分格式。?

1

,

4

`

?

4

非定常计算的时间步长小 r最小网格体积与当 B地风速的比值针对本风机模型选取最佳时间步长B,

3

?

*:

3

2

`

j

`

2

为■

/

.

=

】

E

-

4

s

?

又由公式:

B

'1

*I

1

L

f

=

=

l

A! i

⑴i.

可知

,

K K

T

变换町以捕获的圾高频率为'.

5

k

H

z

.

在-

'

_

J

(

M m

z

、计P i f中膽汁残差值小每个时间步内 p入 e 0 3时认为该步计 V收敛转计兑下个时i?

:

丨

j

' '

|

?s

.

|

1

Ahi i

/

Bo n

/ C

:

系列检测点布 W示删

A/I

:

,

一

l

—

.

)

,

丨

l

i

R

.

1

D

i

l

r

i

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3

/

C

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i

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i

l

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n

g

p o

i

n

t

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步口

,

每个时间步计算的最多迭代次数为认为非定常计算达到了稳态解。

3

(

)

次

。

力出

流量监测曲线和叶轮转矩监测曲线均呈现周期性3,

不同转速下气动噪声预测结朵及

J

平稳时F W-

,

此时应用

H

方程计笕收集到的噪声数据3 1

将三种转速下运行的风机分别定义为 E n声压级分布对比l=.

(

8 0 0

r

/r

r

n

i

n

)

风机)

、

E。

2

(

n

=

9

9 0

r

/

m

i

n

)

风机

、

E

3

(

n

=

将处理,

L E S

非定常计算得到的声压信号通过。

F F T

1

2 0 0

/

m

i

n

风机

F

W

-

H

计兑过程中风机均运转1。

8

得到风机的远场气动噪声声压级D

三种不同

个周期

,

风机运转时间如表

所示转速下风机在接收点

位置处的噪声声压级对比如

转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析

I

期李

业等

:

转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析5

3

表

2

所示E2

,

可见风机远场噪声随转速的增加而增大风机进行了远场噪声实验测试与试验值相差,

。

在旋转区域出

U

处沿叶高方向

,

三种转速下风机的

其中对

,

E,

2

风机

噪声声压级呈现出相同的趋势,

,

随着转速增加噪声。

噪声声压级的预测值是可信的图

4

.

2 3

d

B

考虑到逐渐升高BC

在接近叶顶处逐渐降低1

但是E3

E

1

和

E

2

环境及人为误差等因素。

认为数值模拟预测的结果风机平

均相差2/

0

d

B(,

A)

左右,

E,

2

和

风机平均相

,

5

是

E

1

/

E

E.

3

风机分别在

A

/

/

系差只有

2

?

3

d

B(

A)

可见

随着转速增加

.

尾缘脱落

系

列监测点处声压级分布图涡引起的气动噪声升高幅度减少

横向对比图表Tl

5

(

a

)

、

(

b

)

、

(

c

)

三幅图中 A,

/

B:

/

C

2

Ee m

1

/

E

V

Et r

3

风机噪声声压级计算值与实验值列监测点气动噪声声压级的分布范围o ft

a

bl

l

2u

Cl

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p

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足s

B

系列监测点的声压级最高;。

'

A

可知系列次之

仍旧'

C,

系

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o n

d

e

l

u e

f

EE2

1

/

E

2/

E

3

f

a n

列最小

丙次证明该弯掠轴流风机在不同转速时,

对

因

贼

E

1

卜:

:

<

=内流稳定性影响最大的足叶片前缘分离涡欠之,:

叶尖涡

.

=^ f i/< l

=,

=K域的飾4.

叶片尾缘脱落灘議小

B(

A

)

4

.

r

4

4

.

2 3

8

1

此可以推断制将有效地降低该弯掠轴流风机的气动噪声水 T,

实现对叶片前缘分离涡和叶尖涡的控

-

.

巾图

5(

t r)

可看川I I

:

风机在三种不同转速下? I

顶 K域的声压级在

2

3 2

c

l

B

(

A)

范围内;

;

速增加速时,

A,

系列监测点的声压级逐渐升高

2气动噪声时域对比

随着转由图 5中三个系列监测点的声压级分布可知最不同转高声压级的位置分别在 A系列监测点的 6 0%处 B

.,

叶3

、

叶顶 K域的噪声声压级分布沿旋转区域的宽系列监测点的!

8 0

%处和 CE2/

系列监测点的A/

8 0

%

处

。

度方向呈现 M相同的特点

,

进,

U

及出

U

处声压级较图由-

(;

E

1

/

E丨

3

风机分别在

B

/

C

系列监

低

,

在中间位托声压级最高?

旦最高声压级出现的位测点所选位怦处声压( )

况均位

r

旋转 k域宽度的

(;

%处

附近,

?

域的气动噪声±要巾叶尖涡扩散引起随着转速的提高'

号在叶轮旋转个周期时间

叶顶 K段内的时域分布图图中横坐标足计兑对应的时间因此可推断换兑为 4周期时间段的比值纵坐标足声压值由

一,

r

-

?

,

,

,

。

可看到各监测点的声压依都随着时间变化而

影响范围逐渐增大呈现川稳定的周期性波动在叶轮旋转周期时间

图 5 h可

看出风机在三种转速时在旋转内声压值均呈现 G个波峰 4波谷

风机叶片数,

风机叶顶位 f t的叶尖涡的强度和图。

(

;

:

一

,

?

f

t

:

'

l

(

)

,

,

,

j

K域进

U

前缘处的声压级在

I

I

2

?

1

4 5

(

1

B(

A)

范围内,

;

目

一

致

,

证明非定常计兑达到了稳定的状态,

。

在叶根部位即轮毂 K域附近的声压级均较高片增高方向噪声降低,

沿叶在不同转速时各监测点的声压值的波动范围

说明叶根部位的前缘分离涡也有很大差别总体而言随着转速的增加声压波

。,,

强度大

?

r

叶片中部和顶部,

;

V

A

系列监测点声压级动的幅值增大E,

E,

:

5

〉 E

2

> K

1

.

伹足在-

B1

系列监测点和E3

分布不同次之E

随着转速增加

,

叶片前缘分离涡引起的处,

2

风机声压值的脉动振幅大于,

E

风机

。

气动噪声并不足线性增加的1,。

E

2

风机最高

E,

3

风机横向对比三幅图可以看到,

AP

系列监测点处的声压

a,

风机最小变化幅度最大最大达到5(

2 0 0

B

系列次之1

,

最高

由

图

c

)

可看出

:

风机在三种转速时9 6?

,

在旋转为范围内;

1

6 0

P a

,

C

系列最小

,

最高值是

0 0

P a

?

可以推

。

区域出

口前缘处的声压级在

1

2 5

d

B

(

A

)

测

,

旋转 X域叶顶附近噪声的辐射能力最大I

“

1

3 2

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E

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1

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0

2 0

4 0

6 0

8 0

1

00

旋转区域宽度百分比.

/

%

叶高百分比(

%

叶高百分比(

/

%

a( )

A

系列监测点图5 at

b

)

B

系列监测点Cf

c

)

C

系列监测点

Ei

1

/

Ei

2/s e

Ep

3r

风机e s s ur e

Al

/

Bl

/

系列监测点声压级对比图

r

F

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5

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1

/

E

2

/

E

3

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a n

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转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析

5 4

工

程E

热B

物8 0

理

学

报3E

5

卷

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l

,

A

,

6 0%

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C

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3

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A

,

6 0%

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t

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处 m(>

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b

)

B

系列80

处

丨丨

(

c

)

C

系列80

处

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1

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Er

2/

Er

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/

B

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系列监测点声压脉动时域冬A/

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3

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3

.

3

气动噪声频域对比在基频及高次谐频即叶片通过频率处声压的振幅比频处的振幅最大证明叶片足主要的

图 7足经 F F T变换后得到的声压脉动频域分较大并 I L?,,

市图知,

,

横坐标是频率1

,

纵坐标足声压的振幅由式z、

。

分析噪声源E

;

在

0

?

加

(

) (

)

n

z

范围内,

,

随着频率增加`

,

高

E

/

E

2

/

E

3

风机在各监测点处的声压脉动随频率次谐频处的声压振幅逐渐减少。

但仍明 f i高1

?

丨

非谐

变化呈现出不同的变化风机的基频分别为由图,:

⑴计算得Hz

E

1

/

2/

E

3

频处的声压值频率大,,

F

3 5 0 0

1

/

后声压值变化不

,

8 0

H

9 9

和,

1

2

0

H

z

。

明破

充分说明轴流风机的气动噪声具有宽频特性》?:

,

7

看出

:

随着转速的增加系列监测点处f,

声压振幅线性高声压级主耍集中在风机的声压振发现;

}

5 0 0

I

I

/

,

范围内

;

横向对比A

。

增大但是对于幅足最大的,

B

F/2

B,

系列监测点处的声压值振幅明显大,

和

并不足随/转速的增加而线性增加的

C

系列

说明前缘分离涡引起的压力脉动最大

/

/

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系列 6 0%处

b (

B

系列8Al

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处

系列监测点声压脉动频域图f

(

C

系列8 0%处

图Fi

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7

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B

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c

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C

系列8

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处

冬

丨

8

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1

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2

/

E

3

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B

Cf

系列监测点声功率频域图

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8

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1

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E

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3

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转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析

1

期

李

业等转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析:

5 5

图

8

是

E

1

/

E

2

/

E

3

风机声功率密度频率分布图。 -

,

A

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]

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,

声功率密度表示声辐射能量的大小分析可知系列监测点处的声功率值随转速增加而增加,

A

/

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A

S

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8

,

1

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4

:

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)

但

[

2

]

系列监测点处的声功率随转速的变化规律与声压脉&

'

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在基频及高次 F谐频处声功率值比较大随着频率增加声功率值动相同,

E

2

风机大于

E

l

和

E

3

风机

;

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(

2

)

:

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,

,

2 0

逐渐降低

;

二

个系列A

]

测点处尸功率明显变化隨^0?

围稍有不同—

,

系列监测点为

3 5 0 0

H5 0 0

z

内Hz

B,

[

3

]

王就李荣杨九铭等低压轴流风扇髓的改善,.

,

[

J]

,

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h

/

C

中科技大学学报A N Gt

(

自I

然科学版Ro n

)

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1

:

)

7 3t

-

7 6

系列监测点的声辐射最大频率均在棋J+坊袖册权a/I

0

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内

,

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]

本文计对弯掠轴流风机在三种不同转速运行时 99 9,

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1

2

1

(

1

:

)

5 9

-

6 6

气动噪声的声压级分布叶顶,

、

时域及频域特性进行了非[

5

]

刘现前弯前掠低压低噪轴流风机的气动计細研究:

[

D

,

]

定常模拟及后处理和对比分析得到以下结论沈阳东,:

:

J

t

大学Ae

2 0 0 8

,

1i t

)

、

前缘和尾缘区域声压级随着转速增加*

L

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1

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2

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3

,

但即缘区域噪声声压级稍有差-

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1

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,

说明叶片前缘分离祸在某[

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转速时影响区域和

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,

,

A

/

系列监测点处的声压值和声功率值随着7[

1

2

1

)

1

5 8

转速增加麵加但是 E 2风机在 B系列监测点处的声压脉动和声功率大于 E和 E 3风机进步验W]

气动噪声预测'

J1

.

]

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,

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1

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一

推断

;

在叶轮旋转6

一

个周期内,

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声压值的Pgi

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J

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脉动呈现出了频X*

个波峰与波谷值

验证了叶片转动。

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:

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7 7 8

7 8 0 J[]

风机内部气动噪声的主要激藤率劣

8丨]

斌:Ed2(

克

掠斜流转子的设计与研究

'

流体机e a d n e

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七

斜

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2

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,

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6

)

:

5 4

5 9

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