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对旋风机已经在矿山工程中得到广泛的推广和应用,因其风量大、风压高的特点,为煤矿井下通风发挥了重要的作用;随着人们节能环保意识的增强,风机噪声和气动性能逐渐被人们所关注和重视,噪声问题成为了限制其进一步发展的因素之一。
对旋风机噪声包括电动机的电磁噪声、机械噪声和气动噪声,其中以气动噪声为主。本文在前人的研究基础上,针对不同的对旋风机叶轮轴向间隙对其噪声及气动性能的影响进行了分析研究。全文以流体噪声理论和轴流风机空气动力学原理为出发点,一方面从噪声源着手,分析了对旋风机的噪声特点及产生机理。实验结果表明,对旋风机气动噪声主要由各阶谐波的离散噪声和分布在一定频谱范围内的宽频噪声组成。另一方面以轴流风机基元级与速度三角形为基础,对轴流通风机的压力损失和效率进行了分析。分析结果表明,轴流风机的结构参数与压力损失密切相关,这些参数将直接影响到轴流通风机的综合性能。
对旋风机内部流场的研究是进行气动噪声和气动性能分析的基础,为了解轴向间隙的变化对风机内部流场的影响,本文以CFD技术建立了对旋风机计算模型,采用Navier-Stokes方程,用重整化群方法(RNG)的κ-ε湍流模型进行封闭,在定常条件下对不同轴向间隙的对旋风机内部流场进行了全流道数值计算,总结了其内部流动特征,为不同叶轮轴向间隙的风机气动噪声及气动性能的分析奠定了基础;同时通过实验手段分析了实验样机的叶轮相对轴向间隙分别为0.35、0.45、0.55、0.60、0.65、0.75、0.80、0.85、0.95、1.15时的风机噪声和气动性能。计算及实验结果表明,对于FMIA翼型叶片的对旋风机,增大轴向间隙时其噪声频谱向人耳感觉不敏感的低频区域移动;相对轴向间隙大于或等于0.60时可有效降低其噪声;相对轴向间隙介于0.55~0.85时更有利于提高对旋风机效率和增大风机压力。综合考虑其气动性能和噪声,优选出对旋风机的相对轴向间隙范围为0.60~0.85。