声学风洞风扇段流场结构数值模拟.pdf

第30卷第4期 空气动力学学报 V01．30。No．4 2012年8月 ACTAAERoDYNAMICASINICA Aug．，2012 文章编号：0258—1825(2012)04一0450一06 声学风洞风扇段流场结构数值模拟 丛成华1’2，廖达雄1’2，屈晓力2，易星佑2 (1．中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室，四川绵阳621000； 2．中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所，四川绵阳621000) 摘要：采用数值模拟方法对O．55m×O．4m低湍流度航空声学风洞风扇段的流场特性进行了研究，并将计算结果 与试验数据进行了对比，可以看到，本文采用的方法能对风扇段性能进行较为准确的模拟；随后根据叶片的流动现 象，分析了动叶和静叶的性能表现，了解了风扇段内部的工作性态。最后给出了不同动静叶间距、不同静叶后掠 角、不同静叶倾斜角对风扇性能、流动性态的影响，并根据流场结构分析了降噪机理。数值结果表明，采用静叶后 掠和倾斜，并适当增大动静叶间距，可以在不影响风扇性能的情况下有效抑制噪声。同时，静叶后掠和倾斜还能有 效增加风扇段出口速度的均匀性，特别是切向速度。 关键词：风洞；风扇；数值模拟；性能；噪声；优化设计 中图分类号：V211．3 文献标识码：A 为研究对象，通过数值模拟并结合试验结果，对风扇 O 引 言 段流场基本特性进行研究，并对不同声学优化参数下 我国正在设计建设低湍流度航空声学风洞，高效 的流场结构进行分析，用于指导优化设计。 低噪声风扇是关键技术之一[1]，目前，风扇工程设计 1风扇段概况 方法已经较为成熟[2≈]，基本能满足工程需求，由于风 扇性能对风洞的能耗与试验段背景噪声有重要影响， 气动中心声学引导风洞试验段口径为o．55m× 国内外一直致力于风扇的优化设计研究。在实验方 0．4m，开口状态下最大风速为100m／s，闭口状态下 面，荷兰为8m×6m风洞建立了十分之一缩尺风洞，最大风速为130m／s。第二拐角段后布置风扇段，总 利用该风洞对风扇性能进行了研究[43；焦予泰等对风 长为2．7m，桨毂比为O．6，风扇由7片平板前支撑 扇翼型的气动性能和噪声特性进行了实验研究[53；孟 片、10片动叶、17片弯板静叶和整流中心体构成，设 庆明等通过实验对低噪声风扇的设计进行了研究¨]。 计工况下动叶根弦安装角39．82。，叶尖安装角15。。 由于风扇这类旋转机械外形复杂及流动的非定 如图1所示。 常性，过去几十年来，许多研究者致力于旋转机械流 场的数值模拟。陈海生对风机流场进行了试验与数 值研究[7]；文献[8]对叶轮机内流动研究的进展进行 裕＼ 了详细论述。在声学风洞风扇设计中，相对于效率， 更为关心的是风扇的噪声水平。毛义军对叶轮机械 气动噪声的研究进行了综述[9]。国外研究者采用理 论分析方法[1¨妇和试验[121先后完成了静叶后掠与倾 斜、增大动静叶间距的降噪效果研究，而Agboola则 采用数值模拟完成了静叶后掠的流场特性分析[1引。 这些研究成果对于风扇的气动设计优化和数值 图l风扇段示意图 s雌ti∞ 模拟提供了参考。本文主要以声学引导风洞风扇段 Fi舀lschematicoffan *收疆日期：z01l-03一13；修订日期：201l—os—15 基盒项目：空气动力学国家重