吸叶机流道结构优化与降噪研究

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随着人们生活水平的提高,噪声污染已成为人们日益关注的问题。长时间暴露在高噪声环境下会造成听力损伤,人容易感到双耳难受,甚至会出现头痛等感觉。吸叶机作为一种手持式园林工具,在使用时需要工作者近距离长时间操作,因此其噪声的大小直接影响使用者的舒适度,其主要噪声源可分为机械噪声、气动噪声、气固耦合噪声等,已有研究表明,其噪声源中气动噪声所占比例较高,本文主要以其内流场中的空气动力噪声为研究对象。本文在保证吸叶机现有吹吸性能的前提下,对吸叶机整机进行结构优化与降噪分析,通过实验与仿真试验相结合的手段,融合声学理论和算法优化,最终确定优化方案。首先运用三维建模软件UG建立吸叶机数值仿真三维模型,并运用网格划分软件HyperMesh将模型合理地划分网格。运用CFD软件Fluent研究风机内流场数值模拟方法,确定风机内部流场数值模拟的湍流模型、求解方法、噪声模型等,得到风机内部的速度场、压力场,并计算噪声测点的声压级。在半消声实验室中进行吸叶机的流场和噪声测试,获得现有模型的流量、声压级、倍频图等数据,对比实验结果与数值模拟结果,验证数值仿真方法的正确性。将风机的流量和声压级为优化目标,依据影响风机噪声的主要因素,从叶轮中采用长短叶片、改变蜗壳出口结构、蜗壳采用变螺旋角设计、管道上加入阻性消声器等方面进行低噪声研究,并运用Fluent对所设计方案进行流场和噪声的仿真模拟。由于优化后吸叶机吹气状态下流量和风压有较大幅度提高,因此在保证原始气动性能不变的情况下,运用实验与仿真相结合的方法,通过变转速试验进一步降低其气动噪声。本文在保证原有吹吸性能不变的情况下,吹气工况下降低噪声8dBA左右,吸气工况下降低噪声2dBA。优化得到的吸叶机系统模型达到设计目标,提升了整机的性能并降低了噪声,研究过程中的分析结果可为后续分析提供理论和数据支持,具有一定的应用前景。
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