《離心壓氣機氣動噪聲異頻非諧控制方法研究》是依託北京理工大學，由祁明旭擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：離心壓氣機氣動噪聲異頻非諧控制方法研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：祁明旭
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
離心壓氣機氣動噪聲是影響車用增壓器整體噪聲水平、形成環境污染的主要因素，研究離心壓氣機的噪聲抑制方法至關重要。已有研究結果表明旋轉噪聲和渦流噪聲是氣動噪聲的主要構成因素，而噪聲的峰值主要集中在基頻及其諧波處。採用異頻非諧方法可以分散噪聲峰值分布從而有效抑制氣動噪聲，該機理已經證明在低速葉輪機械中是可行的。以該機理作為增壓器高速離心壓氣機氣動降噪作用機理的基礎上，針對高速離心壓氣機間隙渦非諧、動靜干涉非諧以及尾跡射流非諧三種非諧效應展開研究，分析非諧方法的氣動效應並確定無量綱非諧範圍；研究非諧方法對於脈動渦運動特性及頻域特性的影響機制及其對於噪聲峰值頻率、幅值以及頻帶的影響規律，探求有效降低離心壓氣機氣動噪聲的非諧方法並進行試驗驗證。本項目在對離心壓氣機氣動降噪本身具有重要套用價值的同時，在完善異頻非諧方法控制氣動噪聲的理論方面同樣具有重要的學術價值。
結題摘要
以降低車用增壓器離心壓氣機離散噪聲為目的，採用數值方法和試驗手段，研究了壓氣機葉輪葉片非諧及葉頂間隙非諧對離心壓氣機氣動噪聲的影響，建立了離心壓氣機葉片非諧和間隙非諧設計的準則，通過合理的非諧設計，在保證壓氣機氣動性能的基礎上，有效降低了增壓器離心壓氣機離散噪聲。課題首先針對90mm級車用渦輪增壓器離心壓氣機，基於三維流場數值分析和 FW-H聲學方程相結合的方法，研究了離心壓氣機內離散氣動噪聲的構成及其特性。結果表明，載荷噪聲和厚度噪聲作為離心壓氣機離散氣動噪聲的主要構成，其中載荷噪聲占主導地位；而從噪聲頻率上來看，通道通過頻率（PPF）相比葉片通過頻率(BPF)對應的噪聲則占據主導地位；其次，採用參數化設計方法進行了非諧離心壓氣機葉輪設計，研究了間隙非諧、葉片非諧及尾緣非諧對於離心壓氣機性能的影響。結果表明，對於間隙非諧而言，在保持葉輪葉頂平均間隙相同的前提下，應減小主葉片葉頂間隙、增加分流葉片葉頂間隙以保證非諧葉輪具有與原型葉輪基本相同的氣動性能；對於葉片柵距非諧而言，應使分流葉片周向偏移範圍限於±20%柵距以內以控制非諧對壓氣機氣動性能的負面影響；對於葉片尾緣非諧，應分別控制主葉片和分流葉片後彎角相對變化量在15%以內；再次，基於非線性諧函式方法和FW-H聲學方程，研究了間隙非諧和葉片柵距非諧對離心壓氣機近場離散噪聲的影響。結果表明，減小主葉片葉頂間隙並增加分流葉片葉頂間隙的間隙非諧方法可有效改善峰值氣動噪聲水平；對於柵距非諧，分流葉片向主葉片壓力面側和吸力面側偏移的兩種非諧模型皆可有效降低壓氣機的近場離散噪聲水平。最後，採用數控五軸銑的手段加工了原型和五種非諧模型的葉輪，並套用聲級計直接測量的方法對採用原型葉輪和五種非諧葉輪的離心壓氣機遠場噪聲進行了試驗研究，以驗證間隙非諧和柵距非諧對離心壓氣機氣動噪聲的影響。結果表明，減小主葉片葉頂間隙、增大分流葉片葉頂間隙的間隙非諧方法可有效降低離心壓氣機的通道通過頻率噪聲和總離散噪聲，其中通道通過頻率噪聲最高下降約8dB，總噪聲最高下降4dB；結果還表明，柵距非諧方法對離散噪聲的影響規律與葉輪的轉速是密切相關的，在較高轉速條件下，兩種葉片柵距非諧設計皆有利於氣動噪聲的降低，對應壓氣機總噪聲最大降幅為3.1dB，基頻噪聲值最大降幅為6.9dB。
