對目前離心風機氣動噪聲的研究方法進行了分析，總結出數值模擬及其計算方法還不完善。提出了離心風機蝸殼簡化成一個具有硬邊界的理想殼體模型的思路來開研究風機氣動噪聲。

　 　 1引言

　 　 離心風機的噪聲以氣動噪聲為主，在性質上可以分為離散噪聲與寬帶噪聲。其氣動噪聲主要由氣體與葉輪葉片以及蝸殼的相互作用產生，并通過進、出氣通道加以傳播。蝸殼內部的三維非穩定流場以及殼體的特殊形狀使得對其開展研究變得困難。近年來，國內外專家如：Lowson、Wan-HoJeon等都針對離心風機噪聲做了很多研究，在發聲機理和聲源傳播、數值模擬、測試技術等方面都取得了不少突破，但仍有很多需要進一步改進和完善之處。本文綜合了近年來國內外大量文獻的理論計算和試驗研究方法，同時提出了新的建議。

　 　 2理論計算方法

　 　 2.1點源模型

　 　 對于風機而言，點源模型是一種十分有用的技術。這種近似的準則是，所要研究的最高頻率的波長λ應該遠大于聲源的物理尺寸L。為滿足這個準則要求，對發射較高頻率噪聲的葉片，在應用點源模型時，可將每個相關面積或相關體積視為一個小尺寸的孤立聲源，將風機葉片用沿著葉片展長分布的孤立點源的總和來模擬。目前有人研究了自由聲場旋轉點聲源的聲學特性；Lowson通過波動方程推導出了運動點源產生的聲場公式，該公式適合于葉片上的每個微元體，然后對葉片上的所有微元求積分就可以求出葉片運動產生的聲場。但擬定葉片微元的點源尺寸是一個難題，而且一般來說風機葉片都不是直葉片，甚至在空間有很大扭曲，用點源模型進行模擬容易產生較大誤差。另外，上述研究針對的是自由聲場，而離心風機必須考慮蝸殼的影響。

　 　 2.2蝸舌的尖劈模擬

　 　 靜止平板尾緣紊流邊界層聲發射的理論計算公式早已得出，但用于葉輪機械噪聲還需進一步改進。陸桂林考慮了葉片旋轉對聲發射的影響，并結合有關試驗資料，引入葉片幾何參數的組合關系式，推導出了一個有個葉片的離心風機葉輪葉片尾緣紊流邊界層聲發射計算公式。這些都是在無蝸殼假定下噪聲計算公式的推導。為了模擬有蝸殼存在的情況，Wan-HoJeon在葉輪附近放置一個尖劈模擬蝸舌，以它來作為產生離散噪聲的聲源。

　 　 通過此模型計算出流場，然后用非定常的伯努利方程計算出作用在葉片微元上所受的力，最后利用Lowson導出的任意運動點源的聲場公式計算聲壓：運用該模型進行風機噪聲的數值模擬可以得到很多有價值的數值計算結果，改變其中一些參數，如葉片數，葉輪旋轉速度和葉輪與尖劈之間的間隙等來重新進行計算，并加以比較可以分析葉片通過頻率噪聲的影響因素，對離心風機的降噪有指導意義，尤其是對分析離散噪聲的成因及其降噪方法有著比較重要的作用。但是它只能模擬風機的基頻噪聲，且仍沒有考慮完整蝸殼的存在。

　 　 2.3基于寬頻噪聲的模擬

　 　 寬頻噪聲也稱作渦流噪聲，它主要取決于對應的流場。至今尚未看到與離心風機蝸殼內部完整流場所對應的聲場解，所以渦流噪聲很多都還是實驗研究或者理論上的定性分析。

　 　 可以利用加速度傳感器得到蝸殼表面的振動速度分布，然后通過公式計算出蝸殼表面的聲壓，或者可以通過風機進口或出口的聲壓計算進出口輻射的聲功率，然后得到總的合成聲功率。可以看出，該計算方法可以計算蝸殼振動引起的噪聲輻射，也可以計算通過進出口管道向外傳遞的噪聲。但是在測量進出口的聲壓時，由于氣流的影響，使測量受到較大的干擾，因此測定的聲壓不一定是真實值；另外，由于蝸殼表面各點振動極不均勻，不僅是垂直于表面振動，甚至隨時間變化。測量時需要測量大量點的振動速度，工作量大，而且可靠性不高，因此該方法的應用也有局限性。

　 　 2.5蝸殼聲電類比模型

　 　 很早人們就提出了聲電類比方法并計算出了離心風機的聲共振頻率，并用高階模態分析方法分析了幾個具有比亥姆霍茲共振頻率更高的譜峰，用試驗手段繪出了蝸殼內規范化的聲壓分布。后來黃其柏又在此基礎上提出了蝸殼基頻共振引起的噪聲增量數學模型，最后推導出了在共振頻率處遠場某點總噪聲聲壓級增值為:

　 　 利用此式可以對遠場某點總噪聲聲壓級增值進行預測和優化。國內一些實驗已經證實了蝸殼基頻共振噪聲在小流量工況下的重要性。

　 　 2.6聲學相似定律

　 　 由國際標準化組織推薦的一系列確定噪聲功率的標準，同樣也適用于風機。試驗各種不同型式和尺寸的風機需要大量試驗設備和時間，而且費用昂貴。因此將相似定律應用于風機氣動噪聲，能大大降低成本。從而可以根據一種尺寸風機的試驗資料，對尺寸不同而因次相似的風機系列進行聲功率的計算。Weidemann對風機噪聲作了無因次分析，且得到了無因次參數關系式：

　 　 因此，換算因次相似的風機噪聲頻譜時，可用上面兩個公式的任何一個，但是對于同一系列而尺寸不同的風機，常數α,β和函數F,G或F,G應分別對應相等。

　 　 聲學相似定律的應用也是需要預先知道某因次相似風機的實驗資料才能進行聲輻射計算，開展聲學設計，它也不是單純從理論上直接解決離心風機噪聲問題。

[$page]　 　 3試驗研究方法

　 　 3.1進出口管道試驗

　 　 由于缺乏準確的理論數據，因此很多試驗還是基于理論上的定性分析進行試驗，一般都采取帶有消聲器的進氣或出氣管道在進、出口進行噪聲測量，再對試驗結果進行頻譜分析以判斷噪聲源和傳播途徑。在試驗過程中通常都會先分別考慮軸向、徑向進口間隙、蝸殼的擴張角和擴張長度以及蝸舌與葉輪間隙、蝸舌傾斜角、蝸舌半徑和葉輪類型、葉片數目等參數，分別分析這些參數對離心風機噪聲的影響,但是這樣進行分析和試驗的工作量太大，而且忽略了各