1、机械毕业设计英文外文翻译428设计与非设计情况下轴流式通风机的处理附录A设计与非设计情况下轴流式通风机的处理摘要在设计与非设计情况下，轴流式通风机的噪声处理分析是用两个缠绕在叶片上的热传感器试验测量完成的。在不稳定自然因素条件下，精确速度的测量依据是安放在旋转气流区域的两个热传感器，靠相互作用因素和减缓两个波动速度的时间实现的。该结果表明噪声消除的方法包括：离散频率的噪声由周期性速度波动决定，而噪声的波带与叶片上波动速度有关。通过四个谐波叶片上的频率中，旋转气流的最高频率是主要观察的对象。离散频率包括在非设计操作情况下产生的波动速度的频率，同旋转气流区域和反向气流区域相似。当叶片高速旋转时，最
2、高频率一定是一个重要噪声源。旋转气流的波动速度采用螺旋式，目的是在旋转波动时用来描述产生最高频率的机械。总之，噪声的增加由在低速情况下气流的处理决定，分析认为与速度波动的分配有关，而波动速度又由涡流的泄漏和叶片表面相邻的压力决定。1 引言现阶段的研究主要关注于产生噪声的机械装置。噪声的产生由轴流式通风机的旋转刷旋转的不稳定因素引起的。涡流的泄漏主要在旋转刷区域，这是很多研究者所关注的，因为它在流体领域中很重要。例如：Zoue和Kuroumaru、Store和Cumpsty、Lakshminarayana等都从事该方面的研究。他们指出气流的泄漏是三维的、不稳定的自然因素并且影响产品的寿命和噪声的
3、产生。然而，大多数研究主要集中在叶片上与气体动力学有关的旋转气流，没有考虑到因旋转气流的不稳定因素所产生的噪声。噪声处理水平的提高靠的是Longhouse 、Fukano.etat、Kamier、和Neise在该方面的研究。他们的研究指出频率在中的峰值发生在声谱中，尽管噪声是自然传播的。Kamier和Neise也提出噪声处理与轴流式机械中的不稳定旋转气流有关。然而，以上研究没有详细分析叶片上的气流。对气流结构的理解和叶面上的波动速度频谱一样对分析产生噪声的机械来说很重要。这与气流的泄漏所产生的不稳定因素有密切的关系。另一方面，在轴流式机械的叶片上对在固定框架内高频有价值信号的测量几乎是不可能的
4、。因此，对于与旋转有关的框架内精确速度的测量是十分重要的，很容易理解在旋转机械叶面上波动旋转气流的频率特性。现阶段的研究，对于轴流式通风机速度及速度波动的测量是用一个放在旋转框架内的旋转刷附近的一个热传感器来实现的。Fukano.etat是在旋转框架内气流测量研究的先驱者。他们测量了旋转盘面边缘气流周期性速度波动情况，是通过与最初与设计测量体系相连的传感器来实现的。该结果表明有着重要意义的周期性速度波动是由产生噪声的Kamier涡流通道所决定的。在现阶段的研究中，旋转刷附近速度波动的频谱是通过连接在轴流式通风机中的热传感器来实现的，这与相对速度和波动速度的分配有关。精确速度不稳定频谱的测量是通
5、过在旋转气流区域的两个热传感器实现的，应用相关系数和两个波动速度的延迟进行调查。总之，峰值处理对旋转气流区域、气流动力学噪声的产生有影响，这也是回顾轴流式通风机的两种不同峰值处理方法。2试验仪器及过程2.1测试轴流式通风机现阶段的研究主要集中在低速轴流式通风机上，一种是2mm、一种是4.5mm。对于叶片是2mmTC设计的具体说明总结。叶片的设计气流参数O=0.39（mean axial velocity divied by rotor tip speed）和设计静压力上升参数Os=0.26（static pressure rise divied by dymanic pressure at r
6、otor tip ）。静压力上升参数Os与声压水平SPL的划分。旋转体叶面NACA65系列轮廓设计由涡流决定。叶面stagger angle和the angle of attack分别是64.2和4.4。该测试实验采用非设计操作情况下O=0.33、0.31、0.29（25 per cent than the design flow rate）同设计情况下O=0.39一致，而叶片的旋转速度保持在1000r.p.m。叶片旋转体的顶部截面强度为0.55、长度为129mm。依据旋转刷的速度且旋转刷的长度为2.6*10。当前的研究中，对于轴流式通风机的设计是分析三维旋转气流结构，通过数据相似性及实验测结
7、果来实现的。三维峰值泄漏涡流结构及泄漏状况，是一种侧面透视图。涡流鉴别方法与标准化螺旋性Hn的定义详细的在上一层出现。研究发现峰值泄漏涡流的形成与叶片边缘在吸入冲程过程有密切的关系。循环区域的形成导致涡流从叶面内侧溢出。2.2测试过程实验仪器的各个尺寸，是一个内径为0.579m的开环设备。该设备由一个进口、一个由带传动的叶片、一个助推叶片组成。按照空气动力学设计的减震器常用作调节气流速率。进口与测试叶片间的距离是0.43m。测试系统原理图。安放在叶片上的两个热传感器用于介绍现阶段在反面及横跨位置间的相互关系，同时用在旋转叶片内外的三维速度及速度波动情况的介绍。I热传感器应用的是直径为5mm的钨
8、丝，复合探测器直接安装在轮毂上。横跨的探测器用三维跨度系统控制：切向、轴向、径向且安装在轮毂内部0.3mm。在径向、轴向、切向维跨度系统的最大范围分别是45mm、50mm、50（45for one blade passage）。因此，当旋转体正在运动且没有重新安排情况下可能测量到一个叶片。精确波动速度的测量是通过热力风计和与在线电脑相连接的测试仪器来实现的，在线系统是Scientific Corporation通过安装在轮毂内部的水银管是新实现的，来自热探测器的输出是从旋转框架到一个固定框架传送，来自热敏风速计的信号是装置过滤掉超过8.9KHZ的信号。旋转体叶片内外三维速度及速度波动是用横跨式
9、探测器来测量的，而其确定是通过热敏风速计和在线电脑均值仪器实现的。速度及速度波动整体平均值的测量是通过每个测量位置6000个样品数据实现的。波动速度频谱的分析是Onsokki FFT 完成的。在测试系统中，探测器的校准是通过拆换不同旋转测试叶片及测量到的四个不同旋转频率下的切向速度实现的：300、600、900、1200r.p.m。探测器的变形量是由在实验前旋转体的校准仪器的。当内部设备保持连续运行时，TC为2、4mm旋转叶片实验的实现是由旋转刷的直径改变实现的。另一方面，在距旋转叶片上游1m位置处且在旋转轴上，来自旋转叶片上产生的噪声被测量出来。在噪声频谱的测量中，背景噪声一直保持在5dB且
10、在所有频率的声音水平以下。噪声是从测试系统获得的，仅叶片旋转部件被排除在外。结果讨论3.1噪声的增加油泄漏气流和相邻旋转叶片决定声压水平SPL在气流速率O=0.33时急剧上升，之后气流速率则下降。也就是说压力上升Os不是在O=0.29情况下。这就是为什么在低气流速率下、在O=0.29和O=0.35之间SPL上升的原因，这也是以下所讨论的。是在2mTc设计的测试叶片上（O=0.39）和两种非设计操作情况下（O=.33和O=0.29），叶片上99%的范围内测量盘上相对速度的分配情况，这是设备内部的特点。相对速度被计为Vat、瞬时速度则计为Vt：Vat=Vat+Vt/V(1)Vat和Vt分别表示轴向
11、速度和切向速度。叶面上的低速区域导致了泄露气流，管壁上形成的峰值泄露气流在管壁的下表面增加，在设计操作情况下没有形成相邻的压力表面界线。然而，当气流速率下降时与O=0.39比较泄露气流边缘向下移动。因此导致了相邻压力表面的分离。在99%范围内测量盘上波动速度的分配情况，这一情况波动速度用Vf表示，由相对速度Vat所决定。在相互作用的低速区域，每个测量盘上都获得了高速率波动。在相同气流情况下旋转叶片下部分速度波动的分配情况。在近似于气流方向垂直且距叶片边缘2.7mm的测量盘上。水平轴代表到叶片边缘气流方向的垂直距离为。在设计操作情况下旋转刷压力表面附近没有获得高波动速度，因为峰值泄露气流在流动。
12、在相邻压力表面没有形成干扰。然而当气流速率下降时，高速度波动区域的移动与压力面有关。峰值泄露气流受压力表面干扰。特别是最高波动速度出现在最低气流情况下且在压力表面附近。在压力表面附近的高速率波动导致了在叶片表面上的高压力波动，这对叶片上噪声的产生有很大影响。是由在固体表面压力波动的奇偶特性所决定。三种非设计操作情况下在叶片上2mmTC噪声的频谱：O=0.29、0.31、0.33。通过的频率是133Hz，垂直线指的是通过叶片上的有用频率。当前测量的样品频率是5012Hz，仅在1200Hz以下的频率才出现。因为超过1200Hz的声压频率几乎拥有同样的价值。频率最高可达到8400Hz的几乎有相同的声
13、压水平且由叶片驱动马达所产生，在气流速率O=0.33以下的噪声增加有设计操作情况下相同的声压水平。较强的波动速度产生的主要原因即作用在压管内表面和相邻的叶片上。除了有用BFF频率可获得O=0.29、0.31、0.33外，频率最高可达到170、250、330Hz。该频率特性是由于安装在叶片旋转体上的管路决定的。在距叶片旋转体下游9m处产生白噪声，该噪声是由在旋转轴和叶片旋转体上游1m处测量得到的。在图10中可获得以下频宽，频率最高可达到180、360、970Hz。考虑到高频可达到170、330Hz且受180、360Hz管路所产生的频率的影响可以认为在低气流速率情况下噪声的增加是由于旋转的气流在管
14、路表面和相邻压力表面的高速率波动所引起的。在这片论文的下一部份我们将讨论产生离散频率的机械装置。3.2 三维旋转气流的结构为了研究在旋转刷附近的三维旋转气流结构，在叶片下游的相对速度是通过在非设计和设计操作情况下缠绕在旋转体叶片上的热传感器来实现的。两种操作情况的目的是为了理解TC对旋转气流的影响。旋转气流的结构是用两种不同的TC处理方法分析的。安装在轮毂内部的热传感器是通过横跨系统来传输得。在长度方向测量位置的间隔大约是5mm而长度方向和径向的距离大约是3mm。径向测量区域时从255mm（76percent span）到280mm（98percent span）。一个实验表格及叶片2mmTC
15、下的被测低速区域。相对速度Vat被旋转刷速度Vt标准化，低速区域： Vat/Vt0.75。气流的泄露位置，这就导致了数据的相似性且与低速率区域相一致，也就是说在叶片上的低速区域是由峰值泄露涡流引起的。为了比较在设计与非设计情况下峰值泄露我流的结构被测低相对速度区域将在叶片上重现。2mm、4.5mmTCs的测量区域内被测的低相对速度，这是来自构件内的透视图的观点。在设计与非设计操作情况下图中白色和黑色区域所描述获得的低相对速度的情况。在图示中速度区域的范围拥有不同的价值。低速率区域与在叶片上所获得的峰值泄露涡流所决定。可以比较在设计与非设计情况下所获得的峰值泄露涡流。大体上可以了解在轴向压缩机旋
16、转体内Znoue et at所描述的情况，也可以理解当气流速率速率下降时低速度区域将向外传播，也就是在低气流速率情况下的峰值泄露涡流有较大的运动情况的原因。当TC上升时，大的旋转气流的产生是由较大的泄露气流所引起的。在设计操作情况下，旋转气流与数字相似性所获得的结果的比较在本篇论文中所表现出来。3.3在设计操作情况下波动速度频谱的峰值为了研究在叶片上气流的波动情况，设计操作情况下的峰自己泄露涡流成准90度的源盘上的速度波动的分配，这与相对速度的分配有关。在叶片上的峰值泄露涡流成准90度的圆盘位置是一个来自箱体的透视图观点。分别位于涡流的上下游且爱圆盘的A、G位置处。从相对速度的分配上看，旋转气
17、流的获得是由峰值泄露涡流所决定的。在低速区域（bellow the velociety of 0.75）旋转气流的中位是在存在最小动能的地方。相反气流区域是灰色区域且在箱壁上所获得。另一方面，在峰值泄露涡流与主要气流之间的相互作用区域内所获得的高速率波动同在涡流中心区域内所获得的高速率波动同在涡流中心一样。在设计情况下，对于2mmTC的波动速度的频谱的分配情况。FFT分析所获得的频谱，这是在测量位置平均值的64倍。在当前的研究中，对于一种测量情况用表49来测量该频谱。在它们之间，频率在所示12位置处。存在三个径向位置：0.98（RI）、0.96（RII）、0.9（RIII）的范围内。在相反气流
18、区域它们中存在四个位置（RI-E、RI-F、RII-E、RII-F in13（b）。可见，虽然波动速度的频谱的最大值不是转气流的上下游值但是在相反气流区域可见接近400、500Hz的频率峰值。Kamerier和Neise也指出轴流式机械的TC噪声是由于在旋转刷附近的反向气流与旋转气流的不稳定性联系所产生的。3.4 在非设计操作情况下波动速度的频率最大值很多研究者重复研究在叶片存在的不期望看到的现象，噪声的增加是由于旋转的不稳定性和在低气流情况吓轴流式通风机的操作所引起的。在现阶段的研究中，非设计情况下：O=0.31存在2mm和4.5mmTCs操作的轴流式风机里，叶面上旋转气流的结构和波动速度的
19、频谱特性已完成调查。在非设计情况下存在2mmTC操作的轴流式通风机的峰值泄露涡流在三个成准90度的圆盘上相对速度和波动速度的轮廓如。在叶片上测量盘的是箱体的透视图。低相对速度区域自箱体向外传播85%的范围，根据气流速率下降。较大速度区域是由作为旋转气流的阻碍的增加和在叶片上能量的损失引起的。在三个测量盘上相对速度的分配，可以清晰地获得旋转气流的图形。在峰值泄露涡流和主要气流之间的相互作用区域内可获得高波动速率。也就是说当旋转气流朝着切向所移动时，低速度区域将扩大。当气流速率下降时，反向气流区域也将增加，因为旋转气流的扩大是由于它的及时运动引起的。测量盘II和III上所选择的位置速度波动的频谱。
20、在每个测量盘上三个径向位置0.98（RI）、0.96（RII）、0.9（RIII）范围内，在出现频率的12个位置上计X，就（f）所选择的特征。在设计操作情况下反向气流区域可以获得250Hz附近的频率最大值。可见，高速度波动强度增加大约40%，这与设计情况下相比较。更不必说在本部分的描述中速度波动的强度是噪声产生的重要原因。在非设计操作情况下是4.5mmTC的相对速度和波动速度的轮廓图。叶片测量盘的位置用同样的方式。上可以看到来自箱提内的旋转气流扩大了0.75。也就是说和2mmTC的较大气流相比在径向的旋转气流的增加大于12%。在峰值泄露涡流和主要气流之间的相互作用区域获得了在测量盘II和III
21、的高波动速度。当TC增大时，速度波动的强度也增大。测量盘II和III上所选择的位置是速度波动频率的分配情况。包括反向气流区域在内的所有测量位置上可获得的160Hz附近的频谱峰值。在存在4.5mmTC叶片，频率密度S（f）的强度与2mmTC比较两次。也就是说，160Hz附近的较高频率峰值对噪声水平的增加有较大影响。与在设计情况下相比在非设计操作情况下的离散频率价值较低，这是由于旋转气流的大量增加所至。3.5 在非设计情况下泄露气流与延缓时间相互作用的分析在本节的描述中，由波动速度决定的高速率波动以及频率所达到的最大值是在旋转气流区域内获得的。在轴流式风机中，根据TC和在旋转气流中的气流速率，频率
22、的峰值存在不同的价值。为了理解产生频率的机械，在旋转气流中一个参考位置与所选择的参考位置之间有效的分析精确速度的相互作用关系。也就是在旋转气流区域内通过两个热传感器所测量到的精确速度频谱的不稳定因素，该不稳定因素是用相互作用系数以及两个波动速度的延迟时间所界定的。相互作用系数（c-c）和通过两个热传感器所测得的两个精确速度的例子：一个参考位置计作，在中的测量盘II所示，另一个计作，两个所选择的位置都位于旋转气流内部。中的两个波动速度是通过在240和260Hz之间的频率过滤所获得的，是通过两个热传感器测得的精确速度。所选择的过滤器的范围是10Hz250Hz。在现阶段的测量中，有价值信号的采样频率
23、是5120Hz，这是频率为250Hz的20倍。两个波动速度的测量时间是60s（about 80 fan revolutions）。也就是说250Hz速度不是稳定的，因为考虑到振幅的波动。两个波动速度的相关系数延迟时间由相关系数的第一次峰值延迟所决定。两个波动速度的周期的延迟时间在相关系数的第一次峰值和第二次峰值之间。分别说明在2mmTC（O=0.3）时表面II和III上的五个位置相关性的分配情况。在旋转气流区域所分配的五个位置。几乎每个位置相关系数都超过了30.7。在表面II、III上，参考位置的精确速度的测量就是一个例子，它们均有相似的频谱。通过测量盘II、III上的相关系数价值可以看到在旋
24、转气流内的波动速度与上游有着密切的关系。这也暗示旋转气流是由于峰值泄露气流引起的。另一方面，由于管线所引起的延迟时间的存在可以清晰的获得逆时针旋转的气流。在测量盘上波动速度的周期是0.004s（250Hz）。也就是说250Hz的频率是产生旋转气流周期的原因。对于4.5mmTC（O=0.31）在测量盘II和III上，五个位置相互作用关系的分配情况，具有相同的方式。五个位置在旋转气流区域。超过0.7的有价值的相关系数几乎在相同位置出现。由于管路所引起延迟时间的分配，逆时针旋转气流也被获取。他的周期大约是0.006s。旋转气流的周期与频谱峰值周期一致。3.6 噪声是由不稳定的旋转气流引起的本节所描述
25、的是在旋转气流下的峰值频率与低速率的密切关系，而低速率是由峰值泄露涡流所引起的。众所周知，在轴流式风机中峰值泄露涡流是三维的、不稳定的自然因素。，波动速度在240和260Hz之间的频率经过滤获得了旋转气流的不稳定特性，振幅的重复又改变了波动速度。为了描述在旋转气流中峰值频率的产生机械，作者推荐了一个速度波动源的螺旋式概念。也就是低速率沿着螺旋结构、朝着顺时针方向运动。250Hz的风致频率是在旋转体的相关框架内的复合味指出测量到的并且在该处所产生的。因为对于一个旋转体来说沿着螺旋结构以0.004s的低速度向下游运动。当然，由于峰值泄露涡流所引起的低速度是在低速区域所产生的。以旋转速度是1000r
26、.p.m的250Hz峰值频率与该噪声有着密切的关系。根据2mmTC（O=0.31）叶片旋转速度的速度波动的频谱。峰值频率成比例的增加是由于叶片旋转体旋转速度的增加。峰值频率于叶片旋转体在气流速率下与旋转速度的关系。峰值频率随着叶片旋转体在连续旋转速度下气流速率的增加而增加。这也暗示叶片以高速率旋转时，噪声是由峰值频率引起的，是噪声的重要来源。最后，在设计（O=0.39）和非设计（O=0.31）情况下，轴流式风机内有两种不同的TCS噪声频谱，通过管路旋转线可以看出叶片上频率的意义。在设计操作情况下两种400、500Hz峰值频率。当O=0.31时，如图16的250、160Hz峰值频率。在同样的情况
27、下，当TC增大时，两种噪声的离散频率是由频率峰值和噪声的增加引起的，它们是由较大的旋转气流引起的，而较大的旋转气流又由增加的气流所引起的。可见，噪声是由在轴流式风机中的TC引起的且影响低频宽度。4 结论噪声有轴流式风机里的两种不同的TC决定，在设计与非设计情况下通过两个缠绕的热传感器分析获得。结果总结如下：1 噪声的增加由在低速率情况下的TC决定，是由峰值泄漏涡流和乡邻压力表面、箱体表面间的旋转气流的高速率波动引起的。速度波动强度的增加是由于TC的增加和气流速率的下降引起的。2 在四个有用频率下，旋转气流中可获得峰值频率。而在设计操作情况下反向气流区域获得的频率同时在旋转气流区域，非设计操作情
28、况将产生速度波动的峰值频率。3 速度波动的峰值频率成倍的增加是由于叶片的旋转速度的增加引起的。在连续旋转速度下，随着气流速率的增加频率也增加。这就暗示当叶片高速旋转时，噪声是由于峰值频率引起的、是在省的重要来源。致谢 作者感谢Mr.N.ogata和Mr.D.Sato在本次实验所给予的帮助。附录BTip clearance noise of axial flow fans operating at design and off-design conditionT. Fukano*, C.-M. JangAbstractThe noise due to tip clearance (TC) flo
29、w in axial flow fans operating at a design and off-design conditions is analyzed by an experimental measurement usingtwo hot-wire probes rotating with the fan blades. The unsteady nature of the spectra of the real-time velocities measured by two hot-wire sensors in a vortical flow region is investig
30、ated by using cross-correlation coefficient and retarded time of the two fluctuating velocities. The results show that the noise due to TC flow consists of a discrete frequency noise due to periodic velocity fluctuation and a broadband noise due to velocity fluctuation in the blade passage. The peak
31、 frequencies in a vortical flow are mainly observed below at four harmonic blade passingfrequency .The discrete frequency component of velocity fluctuation at the off-design operating conditions is generated in vortical flow region as well as in reverse flow region. The peak frequency can be an impo
32、rtant noise source when the fans are rotated with a high rotational speed. The authors propose a spiral pattern of velocity fluctuation in the vortical flow to describe the generation mechanism of the peak frequency in the vortical flow. In addition, noise increase due to TC flow at low flow rate condition is analyzed with relation to the distribution of velocity fluctuation due to the interference between the tip leakage vortex and the adjacent pressure surface of the blade.1. IntroductionThe present study is focused on the mechanism of soun
