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2.4 失速团三维演化过程的噪声特性图 7 为第 190 个旋转周期时 ( 代表阀门开度为0.89 时从失速先兆演化为失速团过程中的某个状态 )叶轮不同轴向截面的声功率级分布云图。由图可知,叶轮出口处的声功率级分布沿周向明显呈不均匀分布,图 7(a) 中叶轮出口存在两个高噪区,高噪区沿径向向叶轮流道内部发展,靠近蜗舌处的高噪区是叶轮出口的旋涡噪声与蜗舌噪声耦合的结果。图 7(b) 中叶轮出口存在一个较大面积的高噪区,在图 7(a) 中靠近蜗舌处的高噪区对应的两个流道内声功率级提高,且面积增大。图 7(c) 中与前述两个高噪区对应流道的叶片出口声功率级增大,但高噪区面积较小。 3 个轴向截面分别与图 6 相比,高噪区面积及声功率级强度明显增大,且高噪区沿径向和轴向方向发展,目前沿轴向失速团的影响区域发展到 Z =38.5 截面, 此时为部分叶高失速。 除了高噪区所占据的几个叶轮流道外,其他叶轮流道出口声功率级减小,噪声水平得到改善。图 8 为第 210 个旋转周期时 ( 代表阀门开度为0.89 时从失速先兆演化为失速团过程中的某个状态 )叶轮不同轴向截面声功率级分布云图。由图可知,图 8(a) 、 8(b) 中存在一个高噪区,约占据 3 个叶轮流道,与图 7(a) 、 7(b) 相比,高噪区的个数由两个变为一个,且高噪区沿径向向叶片进口方向继续发展,高噪区面积增大。

图 8(c) 中存在一个约占据两个叶轮流道的高噪区,主要覆盖在叶轮出口附近。以上分析说明高噪区的影响区域沿径向、周向发展的同时,向轴向继续发展,影响区域已经发展到Z =46 截面,声功率级约为 80~95 dB ,已经发展为全叶高失速。其他叶轮流道内的声功率级分布继续改善,但此时 Z =31 截面叶轮流道出口仍然存在声功率级较高的区域。图 9 为第 230 个旋转周期时 ( 代表阀门开度为0.89 时从失速先兆已经演化为失速团的状态 ) 叶轮不同轴向截面声功率级分布云图。由图可知,高噪区约占据 3 个叶轮流道,沿径向继续发展,其中两个流道内部几乎全部为黄色,且叶片压力面的声功率级较大。此时,径向和轴向上高噪区已经完全覆盖了这个 3 个叶轮流道。同时与图 8 相比,高噪区沿周向上发生了旋转。此时已经从失速先兆演化为成熟的失速团,高噪区经历沿径向、周向和轴向的全三维演化过程,成为一个约覆盖 3 个叶轮流道的高噪区。由图 5 可知,轮毂内部的声功率级沿周向呈均匀分布,且沿轴向从 Z =31 截面到 Z =46 截面,轮毂附近声功率级逐渐增大。比较图 5 — 9 可知,随着高噪区的三维演化过程,高噪区的影响范围逐渐增大,导致轮毂附近声功率级分布不再是规则的圆环形,高噪区附近的声功率级水平提高,低噪区面积减小。

该声功率级分布也可以从侧面反映失速状态下叶轮进口流场的变化情况。与图 4 — 7 相比, 图 8 中蜗舌附近的高噪区减小,声功率级水平降低。这是由于失速发生后,一部分流道内部发生堵塞,流动恶化,而其他流道内部及出口处的流动得到改善,当这些流道通过蜗舌时,蜗舌噪声降低。而当失速团占据的几个叶轮流道通过蜗舌时,由于旋涡噪声和蜗舌噪声的叠加,会导致该区域的声功率级水平明显提高,如图 9 所示。由以上分析可知,设计工况下,石家庄风机噪声以蜗舌附近噪声为主,随着流量的减小,每个叶轮流道中出现了均匀分布的边界层分离现象及分离涡,导致每个叶片出口附近的声功率级增大;失速现象发生后,从失速先兆演化为失速团的过程中,高噪区发生了沿径向、周向和轴向的三维迁移过程,高噪区从两个变为一个,从部分叶高失速发展为全叶高失速,成为一个覆盖 3 个叶轮流道的高噪区,其他叶轮流道中的声功率较低且分布均匀。石家庄风机内部发生旋转失速现象后,旋涡噪声占主要部分,且高噪带随失速团沿周向旋转,反映了旋转失速现象对小流量工况下石家庄风机的噪声具有重要的影响。当失速团产生后,高噪区主要是沿周向上的二维传播,下面分析失速团沿周向传播过程中高噪区的传播规律。