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[摘 要]离心风机以其压力系数大、工作效率高、尺寸小以及拆装方便等特点，被广泛地应用在国民经济的各个领域和日常生活的诸多方面。随着科技的进步，人们对离心风机的性能要求越来越高，离心风机逐渐向着高转速、高性能的方向发展，以此而产生的气动噪声逐渐成为影响设备可靠性和使用舒适度的重要因素。因此，在保证性能的同时降低离心风机的气动噪声具有重要意义。因此，本文探讨现阶段离心式风机降噪研究方法，在研究过程中得到结果将有助于在工程中改善低噪音离心式风机的研发。
[关键词]离心风机，降噪，优化设计
中图分类号：S211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0313-01
随着科技的进步与发展，以除尘、通风、散热为目的的离心风机受到越来越多领域的关注。作为提供风量最主要的一种流体机械，离心风机被广泛的应用在国民经济的各个方面，如何让离心风机在高性能低噪声的状态下运行始终是国内外学者的重要研究方向。
作为二十一世纪被广泛应用于日常生活中的一种动力装置，离心风机所带来的噪声不仅会使设备的可靠性降低，也会在使用过程中影响人们的舒适性，当噪声过大时甚至会危害人们的健康。因此在迈入高转速时代后，噪声逐渐成为离心风机性能的一个重要指标。
一、离心风机的噪声简介
离心风机的噪声主要由气动噪声、机械噪声与电磁噪声组成，随着加工工艺的不断进步，相比于气动噪声，机械噪声与电磁噪声基本可以忽略不计。气动噪声作为风机噪声的主要组成成分，其产生原因与风机内部的流场息息相关，因此大多数学者在研究风机气动噪声的同时也需要对风机流场进行研究。
离心风机属于从动型流体机械，由于其多曲率的结构特点，离心风机内部流场非常复杂。当雷诺数较高时，流场会在时间上和空间上表现出非定常性，在其内部经常会由于流动不均匀而产生二次流、射流以及尾迹流等现象。在这些复杂的流动现象中通常存在伴生涡，而气动噪声往往就是由于这些伴生涡的拉伸和破裂所形成的。由于流场中涡的种类和运动方式多种多样，使得离心风机气动噪声的产生原因变得极其复杂，因此现阶段专门针对离心风机气动噪声产生原因的研究相对较少，而且大多数气动噪声的优化设计也主要停留在以往的经验和实验上。
二、国内外研究现状
1、离心式风机内部流场的研究现状
最初离心式风机内的流动是人们采用数值计算来预测，随着技术的发展证明风机内部流动特称数值计算可以很好的预测。吴仲华教授提出的相对流面准三元解法的理论，是国内对风机内部复杂三维流动的数值模拟的开始，由于当时计算机配置低，吴仲华教授提出适合于当时设计和工程计算的物理概念。自上世纪七十年代末，Howard J 和 Raj D 等人分别都对风机有实验研究显示了普遍存在“射流—尾流”在离心式通风机的叶轮流道内的流动特称。由于空气介质粘性的客观存在是产生这种流动结构特称的根本原因，因为粘性效应最强烈的区域在尾流区也是叶轮内能量损失的重要原因之一。在上世纪八十年代，开始综合考虑风机内部流场的影响来自风机内流场的粘性、回流及漩涡，从此有了关于离心式风机内流场的数值模拟新的发展。A.Hamed在1982年关于汽轮机定子中的粒子运动轨迹运用三维气体流场计算。在国内，费瑞乾等人研究粒子轨迹的影响来自边界层，研究结果表明：对于准确预测风机内的粒子轨迹和磨损，计及边界层的影响是必不可少的。姚成范等人着重讨论离心式风机叶型的设计方法问题来自于气-固两相流的影响，最终表明通过控制载荷设计法是风机设计中行之有效的方法，叶片界面曲线形式受于叶片载荷规律，叶道内分层效应的强弱和流动损失的大小。姜小敏、凌志光发展了叶片冲蚀的数值分析方法，在含尘流透平叶片流道内气固两相流动数值模拟的基础上，提出了的有限区域内质量加权、面积平均的冲蚀率统计分布计算便于工程应用樊建人提出一种碰撞概率的新概念了，即气固两相流中颗粒一颗粒随机碰撞新模型。此外，该模型弥补了以往模型的缺陷提出在所研究控制体中选择虚拟颗粒的方法，特别是提出相关性准则关于虚拟颗粒的粒径、速度和随机数之间。
2、离心式风机降噪结构研究现状
离心式风机气动声源可以分为单极子声源、偶极子声源、四极子声源。其中离心式风机的主要气动噪声源是偶极子声源。在向外辐射时，蜗壳会对由偶极子声源产生的气动噪声产生反射和散射作用，然而早期风机的气动噪声计算未充分考虑蜗壳的这种影响，所以误差较大来自数值预测和实际实验。
1994 年胡如夫提出通过减小动叶叶尖与机壳之间的间隙分析了轴流风机涡流噪声产生机理，以至于降低涡流噪声的方法。于慎波、汪俭等人分析并计算了离心式风机气流相对加速度系数的变化，根据空气流场中空气动力性噪声的产生的机理对风机噪声的影响。Jeon 和 Lee 为了模拟蜗舌与叶轮之间的作用建立了叶轮一尖劈模型，采用二维离散祸和 Lowson 公式计算了这个模型的气动噪声，研究了叶片一转速、流量、尖劈与叶轮问隙对气动噪声的影，同时，数值计算结果同试验数据相比较。研究结果表明，叶片与蜗舌之间的距离对离心式风机的噪声影响不只是在 BPF 上而且对宽频噪声影响也很大。刘晓良等人三维非定常流动数值计算对前向离心式风机进行了分析，数值结果表明：风机效率和A 声级受叶轮露出长度和蜗舌间隙影响较为显著。同时表明指导离心式风机的改进设计是将 CFD 数值技术与响应面方法结合起来用于可行的。刘秋洪等人初步推倒了腔体内部声场的数学表达式并立了一个用于预测离心式风机内部气动声场的初步理论模型。张哲等人通过频谱分析并利用声级计和多通道数据采集仪对鼓风机进行现场噪声测试确定鼓风机的主要噪声源位置及其特称。证实风机空气动力学噪声中的旋转噪声是主要噪声源，影响相对较小是涡流噪声和机械噪声，且噪声频率主要分布在中低频。李春曦等人研究了加长叶片对离心式风机的噪声特性影响，叶轮叶片加长导致旋转噪声升高，同时蜗壳内流动恶化，同时也使涡流噪声加大。
结束语
现如今，提高叶轮转速成为提升离心风机气动性能的主要方法，离心风机也逐渐向着高转速、大流量的趋势发展。尽管转速提高使得离心风机打破了原有的流量限制，但与此同时离心风机的噪声也大大增加。CFD技术已广泛应用于离心式通风机三维流场的数值模拟分析，主要分析流场的速度矢量分布、压力分布等。对其应用主要集中在对流体机械的结构尺寸优化设计、性能预测和噪声预测等。随着计算机技术和计算法方法的发展，CFD 技术的可靠性越来越高，可為工程实际提供更加强有力的理论依据。
参考文献
[1] 钱红玉.小型轴流风扇性能和噪声影响因素研究[D].杭州：浙江理工大学，2011，1-5.
[2] 杨徐辰，杨爱玲，毛义军.离心风机噪声预测方法的进展与分析[J]. 流体机械，2011，1-4.
[3] 罗梦莹.主动噪声控制研究[D].重庆：重庆大学，2013，1-10.
[4] 杨晓文，赵晓明，滚筒式洗衣机振动模态分析，机械工程师，2007.
[5] M.J.Lighthill. On Sound Generated Aerodynamically Greneral Theory[J]. Proceedings of the Royal Society of London， 1952， 211A， 1107：564-587.
[6] 周新祥.噪声控制技术及其新进展[M].北京：冶金工业出版社，2007，72-130.
[关键词]离心风机，降噪，优化设计
中图分类号：S211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0313-01
随着科技的进步与发展，以除尘、通风、散热为目的的离心风机受到越来越多领域的关注。作为提供风量最主要的一种流体机械，离心风机被广泛的应用在国民经济的各个方面，如何让离心风机在高性能低噪声的状态下运行始终是国内外学者的重要研究方向。
作为二十一世纪被广泛应用于日常生活中的一种动力装置，离心风机所带来的噪声不仅会使设备的可靠性降低，也会在使用过程中影响人们的舒适性，当噪声过大时甚至会危害人们的健康。因此在迈入高转速时代后，噪声逐渐成为离心风机性能的一个重要指标。
一、离心风机的噪声简介
离心风机的噪声主要由气动噪声、机械噪声与电磁噪声组成，随着加工工艺的不断进步，相比于气动噪声，机械噪声与电磁噪声基本可以忽略不计。气动噪声作为风机噪声的主要组成成分，其产生原因与风机内部的流场息息相关，因此大多数学者在研究风机气动噪声的同时也需要对风机流场进行研究。
离心风机属于从动型流体机械，由于其多曲率的结构特点，离心风机内部流场非常复杂。当雷诺数较高时，流场会在时间上和空间上表现出非定常性，在其内部经常会由于流动不均匀而产生二次流、射流以及尾迹流等现象。在这些复杂的流动现象中通常存在伴生涡，而气动噪声往往就是由于这些伴生涡的拉伸和破裂所形成的。由于流场中涡的种类和运动方式多种多样，使得离心风机气动噪声的产生原因变得极其复杂，因此现阶段专门针对离心风机气动噪声产生原因的研究相对较少，而且大多数气动噪声的优化设计也主要停留在以往的经验和实验上。
二、国内外研究现状
1、离心式风机内部流场的研究现状
最初离心式风机内的流动是人们采用数值计算来预测，随着技术的发展证明风机内部流动特称数值计算可以很好的预测。吴仲华教授提出的相对流面准三元解法的理论，是国内对风机内部复杂三维流动的数值模拟的开始，由于当时计算机配置低，吴仲华教授提出适合于当时设计和工程计算的物理概念。自上世纪七十年代末，Howard J 和 Raj D 等人分别都对风机有实验研究显示了普遍存在“射流—尾流”在离心式通风机的叶轮流道内的流动特称。由于空气介质粘性的客观存在是产生这种流动结构特称的根本原因，因为粘性效应最强烈的区域在尾流区也是叶轮内能量损失的重要原因之一。在上世纪八十年代，开始综合考虑风机内部流场的影响来自风机内流场的粘性、回流及漩涡，从此有了关于离心式风机内流场的数值模拟新的发展。A.Hamed在1982年关于汽轮机定子中的粒子运动轨迹运用三维气体流场计算。在国内，费瑞乾等人研究粒子轨迹的影响来自边界层，研究结果表明：对于准确预测风机内的粒子轨迹和磨损，计及边界层的影响是必不可少的。姚成范等人着重讨论离心式风机叶型的设计方法问题来自于气-固两相流的影响，最终表明通过控制载荷设计法是风机设计中行之有效的方法，叶片界面曲线形式受于叶片载荷规律，叶道内分层效应的强弱和流动损失的大小。姜小敏、凌志光发展了叶片冲蚀的数值分析方法，在含尘流透平叶片流道内气固两相流动数值模拟的基础上，提出了的有限区域内质量加权、面积平均的冲蚀率统计分布计算便于工程应用樊建人提出一种碰撞概率的新概念了，即气固两相流中颗粒一颗粒随机碰撞新模型。此外，该模型弥补了以往模型的缺陷提出在所研究控制体中选择虚拟颗粒的方法，特别是提出相关性准则关于虚拟颗粒的粒径、速度和随机数之间。
2、离心式风机降噪结构研究现状
离心式风机气动声源可以分为单极子声源、偶极子声源、四极子声源。其中离心式风机的主要气动噪声源是偶极子声源。在向外辐射时，蜗壳会对由偶极子声源产生的气动噪声产生反射和散射作用，然而早期风机的气动噪声计算未充分考虑蜗壳的这种影响，所以误差较大来自数值预测和实际实验。
1994 年胡如夫提出通过减小动叶叶尖与机壳之间的间隙分析了轴流风机涡流噪声产生机理，以至于降低涡流噪声的方法。于慎波、汪俭等人分析并计算了离心式风机气流相对加速度系数的变化，根据空气流场中空气动力性噪声的产生的机理对风机噪声的影响。Jeon 和 Lee 为了模拟蜗舌与叶轮之间的作用建立了叶轮一尖劈模型，采用二维离散祸和 Lowson 公式计算了这个模型的气动噪声，研究了叶片一转速、流量、尖劈与叶轮问隙对气动噪声的影，同时，数值计算结果同试验数据相比较。研究结果表明，叶片与蜗舌之间的距离对离心式风机的噪声影响不只是在 BPF 上而且对宽频噪声影响也很大。刘晓良等人三维非定常流动数值计算对前向离心式风机进行了分析，数值结果表明：风机效率和A 声级受叶轮露出长度和蜗舌间隙影响较为显著。同时表明指导离心式风机的改进设计是将 CFD 数值技术与响应面方法结合起来用于可行的。刘秋洪等人初步推倒了腔体内部声场的数学表达式并立了一个用于预测离心式风机内部气动声场的初步理论模型。张哲等人通过频谱分析并利用声级计和多通道数据采集仪对鼓风机进行现场噪声测试确定鼓风机的主要噪声源位置及其特称。证实风机空气动力学噪声中的旋转噪声是主要噪声源，影响相对较小是涡流噪声和机械噪声，且噪声频率主要分布在中低频。李春曦等人研究了加长叶片对离心式风机的噪声特性影响，叶轮叶片加长导致旋转噪声升高，同时蜗壳内流动恶化，同时也使涡流噪声加大。
结束语
现如今，提高叶轮转速成为提升离心风机气动性能的主要方法，离心风机也逐渐向着高转速、大流量的趋势发展。尽管转速提高使得离心风机打破了原有的流量限制，但与此同时离心风机的噪声也大大增加。CFD技术已广泛应用于离心式通风机三维流场的数值模拟分析，主要分析流场的速度矢量分布、压力分布等。对其应用主要集中在对流体机械的结构尺寸优化设计、性能预测和噪声预测等。随着计算机技术和计算法方法的发展，CFD 技术的可靠性越来越高，可為工程实际提供更加强有力的理论依据。
参考文献
[1] 钱红玉.小型轴流风扇性能和噪声影响因素研究[D].杭州：浙江理工大学，2011，1-5.
[2] 杨徐辰，杨爱玲，毛义军.离心风机噪声预测方法的进展与分析[J]. 流体机械，2011，1-4.
[3] 罗梦莹.主动噪声控制研究[D].重庆：重庆大学，2013，1-10.
[4] 杨晓文，赵晓明，滚筒式洗衣机振动模态分析，机械工程师，2007.
[5] M.J.Lighthill. On Sound Generated Aerodynamically Greneral Theory[J]. Proceedings of the Royal Society of London， 1952， 211A， 1107：564-587.
[6] 周新祥.噪声控制技术及其新进展[M].北京：冶金工业出版社，2007，72-130.