风机封闭系统内噪声模拟分析

　　风机系统在工作时，由于以往对风机的低噪声计不够重视以及人们对周围生活环境改善的要求，使得由风机产生的噪声成为一种亟需考虑的问题。风机噪声主要包含空气动力噪声，电动机噪声，管道辐射噪声等。在这几种噪声中，空气动力噪声占主要地位。气动噪声主要是由两部分组成的，即宽带噪声和旋转噪声。对于风机产生的气动噪声而言，要想降低风机气动噪声，需要对气动噪声源进行研究，找出主要气动噪声源，再采取针对性的措施。风机声场求解主要方法有“Lighthill”声类比和流场、声场统一求解两种方法［1］。目前离心气动声场预测多采用近似方法［2］，或者采用简化模型，反映的并不是真实蜗壳的影响［3］。

　　由于风机流场非常复杂，以及实验成本、条件等限制，基于 CFD 理论方法的流程计算逐渐成为风机噪声估计的重要方法手段。图 1 中风机气流流经风机出口腔体、转子组件、转子组件出口腔体、节流装置，再经风机进口腔体形成一个封闭的循环冷却系统。本文拟通过对风机及其冷却系统的原理性台架进行数值建模和仿真，判断出风机主要气动噪声源的位置和种类，提供一个可供参考的信息。

　　1 声学计算模型

　　1. 1 理论计算模型

　　在流体介质中，引起非稳定压力场的任何过程都会产生声波，旋转式流体机械的噪声特性通常表现为宽带成分和离散成分。声源的基本形式有三种，在三种基本形式声源中，单极子源最典型的例子就是旋转噪声，即叶片厚度噪声，频谱图中表现为离散成分; 偶极子源的典型代表是亚音速流中的圆柱绕流，即载荷噪声，是离散和宽频的叠加; 四极子源最常见的例子是射流噪声，多属宽频噪声。其中单极子噪声是叶片厚度噪声，其频谱图中是离散的; 偶极子声源是叶片和其他壁面上的力引起的，是离散和宽频的叠加; 四极子声源是湍流引起的，属宽频噪声。一般情况下，偶极子源对最总噪声贡献最大，所以主要问题应该围绕偶极子源来进行讨论。

　　风机是电机冷却系统中的唯一的动力源，除风机本身产生辐射噪声外，当流体流经其他部件时也会产生非定常压力脉动并辐射噪声。FLUENT 提供了多种声学模型，对宽频噪声源有 LEE 和 Lilley 方程模型，对离散噪声有 FW-H 模型［4］。

　　FW-H 模型可以解决物体在流体中运动的发声问题，并给出自由场中的声压估计值。该方程本质上是将 N-S 方程整理为非齐次波动方程形式，可表达为［5］:

　　式( 1) 中，a0为远场声速，p'为远场声压，ui为流体速度在 xi方向上的分量，un为流体速度在控制面f = 0 法向分量，vi为控制面速度在 xi方向上的分量，vn为控制面速度法向分量，nj为单位法向量，δ( f) 为 Dirac delta 函数，H( f) 为 Heaviside 函数，满足