一種離心風(fēng)機蝸殼減振降噪的數(shù)值優(yōu)化方法(1)

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針對石家莊離心風(fēng)機蝸殼提出了一種減振降噪的數(shù)值優(yōu)化設(shè)計方法．該方法以蝸殼結(jié)構(gòu)振動最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，這樣只需對結(jié)構(gòu)振動優(yōu)化的最終結(jié)果進(jìn)行聲場計算．利用ANSYS軟件對風(fēng)機蝸殼進(jìn)行參數(shù)化建模，選擇蝸殼壁面節(jié)點振動速度的平方和作為目標(biāo)函數(shù)對蝸殼壁厚進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，數(shù)值優(yōu)化結(jié)果表明，所提方法可以達(dá)到減少蝸殼結(jié)構(gòu)振動的目的．針對優(yōu)化前后的蝸殼結(jié)構(gòu)，利用直接邊界元法對蝸殼振動輻射噪聲進(jìn)行了計算，得出優(yōu)化后蝸殼振動的輻射聲功率有較大幅度的降低，可為石家莊離心壓縮機及進(jìn)出口均連接管道系統(tǒng)的石家莊離心石家莊離心風(fēng)機的噪聲可以分為氣動噪聲和結(jié)構(gòu)振動噪聲，近年來國內(nèi)外就此開展了大量的研究．Feshe等人[1]的研究表明，石家莊離心風(fēng)機寬頻氣動噪聲主要由葉輪葉道處的流動分離產(chǎn)生．Velarde-Smirez等人[2。3]在實驗研究石家莊離心風(fēng)機內(nèi)部基頻噪聲的主要來源時發(fā)現(xiàn)。石家莊離心風(fēng)機的基頻噪聲位于蝸舌處．為了從理論上研究蝸舌對石家莊離心風(fēng)機氣動噪聲的影響，Jeont4]提出了一種尖劈模型．在進(jìn)一步的研究中，風(fēng)機的降噪研究提供有益的參考．Liu等人[5]計算了石家莊離心風(fēng)機全三維內(nèi)部流場，并利用FW-H方程預(yù)測了某石家莊離心風(fēng)機的氣動噪聲．
相比之下，針對石家莊風(fēng)機／壓縮機振動噪聲的研究則相對較少．石家莊離心風(fēng)機／壓縮機的結(jié)構(gòu)振動不僅會縮短機器的使用壽命，而且會帶來噪聲污染．石家莊離心風(fēng)機的噪聲通常以氣動噪聲為主，風(fēng)機內(nèi)部氣流產(chǎn)生的氣動噪聲主要通過敞開的風(fēng)機進(jìn)口或出口向外傳播，而機殼振動輻射的噪聲往往不是主要矛盾．石家莊壓縮機通常在封閉的管道系統(tǒng)中T作，其內(nèi)部高速流動引發(fā)的氣動噪聲與機殼及連接管道的振動密切相關(guān)，所以研究結(jié)構(gòu)振動的減振降噪顯得十分必要．受現(xiàn)有條件的限制，本文以石家莊離心風(fēng)機為研究對象，針對風(fēng)機蝸殼振動的輻射噪聲進(jìn)行了減振降噪研究，以期作為進(jìn)一步開展石家莊離心壓縮機研究的前期工作和對應(yīng)方法的初步探索．需要說明的是，針對蝸殼薄壁的石家莊風(fēng)機或壓縮機，可以選擇本文采用的二維面單元對蝸殼進(jìn)行建模和分析．如果石家莊離心壓縮機或風(fēng)機的蝸殼壁厚超出了限定的范圍，則必須使用三維體單元對蝸殼重新建模．結(jié)構(gòu)振動的降噪一般直接以聲學(xué)響應(yīng)(場點聲壓或聲功率)作為目標(biāo)函數(shù)．但該方法的計算迭代過程需要進(jìn)行聲學(xué)數(shù)值計算，從而導(dǎo)致優(yōu)化過程十分繁雜．
理論上，通過減小結(jié)構(gòu)振動能夠降低結(jié)構(gòu)振動的聲輻射強度，但實際中很難做到，所以本文試圖探索一種較為簡化的減振降噪的方法，避開直接優(yōu)化聲場的復(fù)雜過程，根據(jù)振動與噪聲之間的天系找到一個合適的振動參數(shù)來描述振動輻射噪聲的強弱．風(fēng)機蝸殼屬于薄壁結(jié)構(gòu)，相關(guān)文獻(xiàn)指出．薄壁結(jié)構(gòu)振動的輻射聲功率是關(guān)于結(jié)構(gòu)振動速度的二次型函數(shù)口‘7]．本文采用有限元方法對蝸殼進(jìn)行了振動數(shù)值計算。同時用蝸殼壁面局部厚度作為設(shè)計變量，用蝸殼壁面各節(jié)點振動速度的平方和作為目標(biāo)函數(shù)，對蝸殼進(jìn)行了減振優(yōu)化設(shè)計，最后將優(yōu)化前后的蝸殼振動結(jié)果運用直接邊界元方法進(jìn)行了聲學(xué)仿真，以驗證方法的有效性．