當今，噪聲污染問題日益為人們所關注。軸流風機的噪聲中機械噪聲、電磁噪聲在常規運行狀態下影響較小，氣動噪聲是最主要部分且最難治理。通過噪聲頻譜分析可以知道，其噪聲主要分為寬帶噪聲（也稱渦流噪聲）和離散噪聲（也稱旋轉噪聲）。頻譜中的寬帶分量主要由于有隨機特性的脈動力所引起，如紊流邊界層、葉片尾部的漩渦脫落、葉尖渦流和來流紊流等。頻譜中的離散分量主要由動葉周期性地擾動空氣及其與靜葉交互作用所引起。
    在風機的設計過程中，主要的技術指標為風機的全壓及流量，現在人們越來越關注其噪聲指標，但是，如何快速有效地在設計階段就能比較準確地預估噪聲，從而更好地為降噪服務，是人們多年來一直致力解決的。
    目前的研究主要集中在氣動噪聲上，也有從葉輪模態方向著手的。隨著計算流體力學( CFD)和計算氣動聲學( CAA)的發展，對風機噪聲的數值預估也有了較大進步。
1、噪聲數值預估現狀
    現在對軸流風機噪聲的預估有很多方法，但主要以經驗半經驗性的居多，初期的研究主要是實驗研究，對噪聲源、噪聲特性和影響噪聲的主要因素進行了深入研究，并導出了在一定條件下實用的經驗公式；后來在上世紀70年代至90年代，出現了一些簡化理論模型，使噪聲預估工作上了一個新臺階；隨著計算流體力學逐步發展，對流場特性進一步了解，計算氣動聲學也逐步發展起來，但是，由于CAA方法需要流場的詳細紊流數據，而在現有的計算機條件下這是簡直不太可能，計算量太巨大，折中方法是只考慮大渦的影響（LES模擬），細小的渦僅僅按某一應力模型考慮，但由于噪聲能量在整個風機能量中只占很小一部分，CFD計算的較小誤差容易引起噪聲計算較大的誤差，CAA正處于不斷發展階段。
    (1)經驗模型
經驗模型很多，下面介紹從文獻2中得出的公式，從眾多的實驗數據中歸納得出，軸流風機噪聲輻射聲功率為：
 
    式中：x為測點到聲源的距離。
    該模型的誤差一般偏大。
    (2) Lowson模型
    給出了軸流風機離散噪聲理論，它假定每個葉片上有一個向自由聲場輻射的點力，來研究動葉與上下游靜葉之間相互作用產生的脈動力所引起的噪聲輻射，提出了聲輻射的總聲功率和指向性曲線，主要設計參數都可以引入到該模型中，一旦作用于靜子和轉子列上脈動力確定了，就可得出任意位置噪聲值。可是，由于軸向壓力梯度、徑向壓力梯度、變換的渦流角及可壓縮性的影響，通過孤立翼形尾跡數據對脈動力的計算有較大差別。
    (3) Lee尾跡脫落模型
    設定葉片尾跡模式為經典的卡門渦街，上下兩排漩渦的中心位置在0.6倍附面層厚度處，中心線距離為相鄰同一排漩渦之間距離的0. 281倍，并采用薄翼型理論得出了由尾渦產生的表面壓力波動和升力，其尾跡模式決定了噪聲強度及頻譜模式。該模型在確定葉片尾緣邊界層參數時采用了平板模型近似。
    (4) Fukano尾跡脫落模型
    提出了一種簡單的物理模型來解釋從軸流風機轉子葉片后沿脫落渦的紊流噪聲。其主要參數為尾跡寬度，與轉子葉片尾緣附面層位移厚度密切相關，是控制紊流噪聲的主要參數。可用于估算聲壓級和頻譜，但其頻譜估算比較粗糙。
    (5)計算氣動聲學(CAA)方法
    CAA技術是在CFD基礎上發展起來的，從CFD數據出發，對風機流場進行非穩態LES大渦模擬，得出流場壓力、密度、速度變化，再對數據進行傅立葉變換，得出聲學數據。或者直接對N-S方程和聲學方程進行求解，這是CAA的發展方向。但是，由于所要求的計算機資源現階段難以滿足，太昂貴費時，所以正處于發展階段。
2、CFD在噪聲預估中的運用
    由以上分析可以看出，包括Lee及Fukano的半經驗模型缺乏的就是葉片尾跡流場數據，均采用了不同形式的平板估算，而CFD恰好能滿足這方面的要求，兩者的結合應能提高估算精度。現以Fukano模型為例。
    在Fukano提出的模型中，風機發出的總聲功率

    在該模型中特征長度D是最重要的參數，定義為轉子葉片尾緣厚度、吸力面及壓力面附面層位移厚度之和。但是由于葉片旋轉的影響，無法給出準確的附面層位移厚度。Fukano給出了一個按零壓力梯度條件下由平板理論給出的紊流附面層位移厚度公式：
D=Dt+(0.37 C/4) Rec^-0.2   (3)
式中：Dt為轉子葉片尾緣厚度。
    現在由于計算流體力學的發展，對風機流場進行三維數值模擬已顯得比較成熟和方便，尤其在工程上也易于推廣和普及。雖然在CFD中，直接求解N-S方程還是太費時而不易實現，但通過引進一些紊流模型，求解結果還是比較令人滿意的。
    為了解決式(3)無法準確計算附面層位移厚度的問題，可以采用CFD方法進行計算，由于不需要對湍流進行準確的計算，不需要采用耗費較多機時的LES大渦模擬方法，采用通常的k-e模型，較易快速得出結果，有利于工程實現。
    在CFD中，從三維流場壓力數據可以根據定義計算附面層壓力厚度。這樣結合Fukano模型和CFD方法，可以方便地對風機噪聲進行預估。
3、噪聲預估值與實驗值對比
    本文中利用兩個差別較大的軸流風機，表1為樣機主要參數，圖1為樣機A的三維轉子模型，圖2為樣機A的流場相對速度等值線（在半葉片高回轉面上）。
    表2為噪聲預估值與實驗值的對比，可以看出，噪聲值與預估值相差約在2.6dBA以內，工程估算時此精度一般是可以接受的。

    噪聲預估的精度，取決于多個方面，首先噪聲模型是半經驗的，其對低壓風機的模擬要準確一些；其次，網格密度及是否考慮前后導葉，也很大影響數值模擬的精度。
4、結論
    采用CFD提供的附面層位移厚度和半經驗模型進行軸流風機的噪聲預估，既擺脫了原模型對附面層平板估算的依賴，又較好地滿足工程設計中對噪音指標的需要，更避免了計算氣動聲學方法的大計算量和程序復雜的難點，是工程上在噪聲預估準確度和難度之間的較好平衡。
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