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使用Gurney 襟翼降低轴流风扇噪声的简便方法.doc

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使用Gurney 襟翼降低轴流风扇噪声的简便方法.doc

专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏使用Gurney襟翼降低轴流风扇噪声的简便方法高永卫/西北工业大学摘要使用Gurney襟翼的高度与增升效果的经验公式,提出了在轴流冷却风扇叶片上加装Gurney襟翼降低噪声的简便方法。试验表明,采用该方法,在基本不降低风量的条件下可以明显降低风扇的气动噪声。关键词Gurney襟翼轴流风扇气动噪声中图分类号TH42文献标识码B文章编号10068155(2006)02001503SimpleMethodUsingGurneyFlaptoReduceNoiseofAxialFanAbstractBasedonanexperimentalequationaboutheightoftheGurneyflapandincrementofliftcoefficientofairfoil,amethodusingGurneyflaptodecreaseSPLSoundPressureLevelofanaxialcoolingfanispresentedinthispaper.Anexperimentprovedthatthemethodisefficient.KeywordsGurneyflapAxialfanAerodynamicnoise1Gurney襟翼简介Gurney襟翼是指在翼型后缘的下表面垂直弦线、高度很小、厚度也很小的片状增升装置(见图1)。1.翼型2.弦线3.Gurney襟翼图1Gurney襟翼的示意图研究表明1,2,在一定条件下,Gurney襟翼可以明显增加翼型的升力系数,甚至还可以提高翼型的升阻比。关于Gurney襟翼的增升机理现在还不十分清楚。目前已有几种说法试图解释这种现象。最简单的解释是认为Gurney襟翼增加了翼型后缘处的有效弯度。还有一种解释认为Gurney襟翼改变专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏了翼型后缘处的库塔条件。其根据主要是在试验中Gurney襟翼引起翼型后缘气流向下偏转。这个偏转会增加翼型后缘处气流的动量,从而使气流容易克服上翼面后缘处的逆压梯度,使得上翼面分离区域减少,翼型升力增加。尽管对Gurney襟翼的增升机理有不同的解释,但Gurney襟翼的增升效果却是客观存在的。根据笔者研究3,Gurney襟翼用在薄翼上有如下经验公式24.9540CyH021451.01083.1Cy1式中HGurney襟翼的高度,Cy翼型的升力系数增加量从工程应用角度来看,由于在小角度和小弯度的条件下,薄翼和弯板的升力线斜率相当,本文据此试图利用上式作为使用Gurney襟翼的依据之一。2理论分析与设想风机的空气动力噪声主要由两部分组成即旋转噪声和涡流噪声。研究表明,风机的这两类噪声中,旋转噪声与叶轮的圆周速度的10次方成比例涡流噪声与叶轮圆周速度的6次方(或5次方)成比例4。可见,在风机直径一定的情况下,叶轮的转速是影响轴流风扇噪声的重要因素。转速越高噪声越大。轴流风扇是风机的一种,同样遵循上述规律。在保证风量、风压不变和风扇直径不增大的条件下,为了降低轴流风扇的噪声,只能降低转速。按二元理论5,为了能够用降低转速的方法降低风扇噪声,就必须增加叶片翼型的升力系数。如前面所述,Gurney襟翼可以明显增加翼型的升力系数,这为使用该方法提供了可能性。若用在叶片后缘加装Gurney襟翼的方法来降低风扇的噪声,就得需要考虑如何在保持原风量、风压不变以及在电动机系统实际允许的低转速条件下来确定Gurney襟翼的高度沿叶片展向合理的分布。3设计方法对于轴流式通风机设计而言,孤立翼型法是被广泛使用的有效方法。因此以孤立翼基金项目西北工业大学英才计划专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏型法的基本公式为分析的依据。孤立翼型法中有3个最基本的公式Hrrcrcruuu2Wmr222rcrurcuz222rrcrrrcuz3CyrZrWrbrHmπ44式中Hr为风机叶片各剖面处的全压ρ为气体密度ur为各剖面处当地周向速度η为全压效率Wmr为各剖面处当地气流合成速度Czr为各剖面处气流轴向速度δCur为当地气流旋转速度叶轮出口处值与进口处值之差ω为叶轮旋转角速度Z为风机叶片数Cyr为襟翼当地升力系数值br为翼型当地弦长。为了使轴流风扇具有较高的效率,设计时通常要求各剖面处的全压和轴向速度相等或差别不大,以减少叶轮出口处气流不必要的混合损失。所以假设加装Gurney襟翼后叶片出口处全压和轴向速度沿叶片展向仍保持不变,即可令CzrCzHrH由式(2)可得rδCurH/ρηω(5)式中H为常数。将式(3)和式(5)代入式(4),并整理可得Cy222/π4rωHrcZrbHz6由式(6)可知,改造时首先测量原型的br,根据原型的风压、风量、效率及转速估计出原型的角速度ω1和Cy1r即Cy1211212/π4rωHrcZrbHz(7)再假定风压、风量和效率不变,根据电机系统允许的低转速计算出允许的角速度2,从式(6)可以确定改造后的Cy2r即Cy2222222/π4rωHrcZrbHz(8)这样就可以得到CyrCy2r-Cy1r(9)专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏即得出升力系数增量沿展向的分布Cyr,然后通过式(1)即可很方便地确定Gurney襟翼的高度分布。当然,这里应明确有两个限制因素一个是电机系统允许的最低转速另一个是Gurney襟翼的高度不能过大。通常Gurney襟翼的高度不超过叶片当地弦长的10。4试验验证为了验证上述设计思想,选择某型国产微波炉的轴流冷却风扇进行改装设计和试验验证。该风扇的主要问题是噪声偏大,并且电机功率并未充分使用。取r0.75R计算出Gurney襟翼高度并取整个叶片的Gurney襟翼高度都等于此高度R为叶轮半径。加装Gurney襟翼方法非常简单,只要在叶片后缘根据要求定出的高度,点焊或粘贴垂直于弦长的薄片即可。风扇原型的基本参数叶轮直径120mm,转速n2700r/min,叶片数5,叶片横剖面为等厚圆弧弯板。对比试验是在实际的微波炉内进行的。只是更换了不同的叶轮。改动前后风扇的性能如下原型改进型转速/r/min27002300风量/m3/min5.996.28噪声/dBA62.558.0由此看出,加装Gurney襟翼后,风扇风量增加了5噪声降低了4.5dBA。其声学性能也有较大提高,而其他性能并未受到明显影响。所以,根据前文分析所进行的改进取得了较为理想的效果(见图2)。图2根据改进设计制作的风扇5结论经过理论分析,在假定全压和轴向流速沿叶片展向分布为定值的基础上,提出了确

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