当今，噪声污染问题日益为人们所关注。轴流风机的噪声中机械噪声、电磁噪声在常规运行状态下影响较小，气动噪声是最主要部分且最难治理。通过噪声频谱分析可以知道，其噪声主要分为宽带噪声（也称涡流噪声）和离散噪声（也称旋转噪声）。频谱中的宽带分量主要由于有随机特性的脉动力所引起，如紊流边界层、叶片尾部的漩涡脱落、叶尖涡流和来流紊流等。频谱中的离散分量主要由动叶周期性地扰动空气及其与静叶交互作用所引起。
    在风机的设计过程中，主要的技术指标为风机的全压及流量，现在人们越来越关注其噪声指标，但是，如何快速有效地在设计阶段就能比较准确地预估噪声，从而更好地为降噪服务，是人们多年来一直致力解决的。
    目前的研究主要集中在气动噪声上，也有从叶轮模态方向着手的。随着计算流体力学( CFD)和计算气动声学( CAA)的发展，对风机噪声的数值预估也有了较大进步。
1、噪声数值预估现状
    现在对轴流风机噪声的预估有很多方法，但主要以经验半经验性的居多，初期的研究主要是实验研究，对噪声源、噪声特性和影响噪声的主要因素进行了深入研究，并导出了在一定条件下实用的经验公式；后来在上世纪70年代至90年代，出现了一些简化理论模型，使噪声预估工作上了一个新台阶；随着计算流体力学逐步发展，对流场特性进一步了解，计算气动声学也逐步发展起来，但是，由于CAA方法需要流场的详细紊流数据，而在现有的计算机条件下这是简直不太可能，计算量太巨大，折中方法是只考虑大涡的影响（LES模拟），细小的涡仅仅按某一应力模型考虑，但由于噪声能量在整个风机能量中只占很小一部分，CFD计算的较小误差容易引起噪声计算较大的误差，CAA正处于不断发展阶段。
    (1)经验模型
经验模型很多，下面介绍从文献2中得出的公式，从众多的实验数据中归纳得出，轴流风机噪声辐射声功率为：
 
    式中：x为测点到声源的距离。
    该模型的误差一般偏大。
    (2) Lowson模型
    给出了轴流风机离散噪声理论，它假定每个叶片上有一个向自由声场辐射的点力，来研究动叶与上下游静叶之间相互作用产生的脉动力所引起的噪声辐射，提出了声辐射的总声功率和指向性曲线，主要设计参数都可以引入到该模型中，一旦作用于静子和转子列上脉动力确定了，就可得出任意位置噪声值。可是，由于轴向压力梯度、径向压力梯度、变换的涡流角及可压缩性的影响，通过孤立翼形尾迹数据对脉动力的计算有较大差别。
    (3) Lee尾迹脱落模型
    设定叶片尾迹模式为经典的卡门涡街，上下两排漩涡的中心位置在0.6倍附面层厚度处，中心线距离为相邻同一排漩涡之间距离的0. 281倍，并采用薄翼型理论得出了由尾涡产生的表面压力波动和升力，其尾迹模式决定了噪声强度及频谱模式。该模型在确定叶片尾缘边界层参数时采用了平板模型近似。
    (4) Fukano尾迹脱落模型
    提出了一种简单的物理模型来解释从轴流风机转子叶片后沿脱落涡的紊流噪声。其主要参数为尾迹宽度，与转子叶片尾缘附面层位移厚度密切相关，是控制紊流噪声的主要参数。可用于估算声压级和频谱，但其频谱估算比较粗糙。
    (5)计算气动声学(CAA)方法
    CAA技术是在CFD基础上发展起来的，从CFD数据出发，对风机流场进行非稳态LES大涡模拟，得出流场压力、密度、速度变化，再对数据进行傅立叶变换，得出声学数据。或者直接对N-S方程和声学方程进行求解，这是CAA的发展方向。但是，由于所要求的计算机资源现阶段难以满足，太昂贵费时，所以正处于发展阶段。
2、CFD在噪声预估中的运用
    由以上分析可以看出，包括Lee及Fukano的半经验模型缺乏的就是叶片尾迹流场数据，均采用了不同形式的平板估算，而CFD恰好能满足这方面的要求，两者的结合应能提高估算精度。现以Fukano模型为例。
    在Fukano提出的模型中，风机发出的总声功率

    在该模型中特征长度D是最重要的参数，定义为转子叶片尾缘厚度、吸力面及压力面附面层位移厚度之和。但是由于叶片旋转的影响，无法给出准确的附面层位移厚度。Fukano给出了一个按零压力梯度条件下由平板理论给出的紊流附面层位移厚度公式：
D=Dt+(0.37 C/4) Rec^-0.2   (3)
式中：Dt为转子叶片尾缘厚度。
    现在由于计算流体力学的发展，对风机流场进行三维数值模拟已显得比较成熟和方便，尤其在工程上也易于推广和普及。虽然在CFD中，直接求解N-S方程还是太费时而不易实现，但通过引进一些紊流模型，求解结果还是比较令人满意的。
    为了解决式(3)无法准确计算附面层位移厚度的问题，可以采用CFD方法进行计算，由于不需要对湍流进行准确的计算，不需要采用耗费较多机时的LES大涡模拟方法，采用通常的k-e模型，较易快速得出结果，有利于工程实现。
    在CFD中，从三维流场压力数据可以根据定义计算附面层压力厚度。这样结合Fukano模型和CFD方法，可以方便地对风机噪声进行预估。
3、噪声预估值与实验值对比
    本文中利用两个差别较大的轴流风机，表1为样机主要参数，图1为样机A的三维转子模型，图2为样机A的流场相对速度等值线（在半叶片高回转面上）。
    表2为噪声预估值与实验值的对比，可以看出，噪声值与预估值相差约在2.6dBA以内，工程估算时此精度一般是可以接受的。

    噪声预估的精度，取决于多个方面，首先噪声模型是半经验的，其对低压风机的模拟要准确一些；其次，网格密度及是否考虑前后导叶，也很大影响数值模拟的精度。
4、结论
    采用CFD提供的附面层位移厚度和半经验模型进行轴流风机的噪声预估，既摆脱了原模型对附面层平板估算的依赖，又较好地满足工程设计中对噪音指标的需要，更避免了计算气动声学方法的大计算量和程序复杂的难点，是工程上在噪声预估准确度和难度之间的较好平衡。
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