燃料电池车用离心压缩机窄带啸叫噪声实验测试与分析

以某燃料电池车用离心压缩机为研究对象,测试并分析其在不同工况下的气动性能及气动噪声。试验结果表明:当离心压缩机工作在高效率的额定工况区时,进口处气动噪声最小,总声压级峰值出现在轻度喘振线附近;额定工况和阻塞工况的主要噪声源为旋转基频噪声;轻度喘振工况的主要噪声源为窄带啸叫噪声,其频率约为转频的3.9倍;深度喘振工况时550~2 000 Hz的宽频噪声明显上升;叶片通过频率噪声与流量无明显关系,且对总体噪声贡献量不大。应用商业软件CFX对轻度喘振工况下离心压缩机窄带啸叫噪声的产生机理进行分析。仿真结果表明:当离心压缩机流量低于额定流量时,进口冲角增大,导致主叶片、分流叶片前缘及扩压器内靠近轮罩面出现严重的二次流,叶片前缘和扩压器的同时失速是造成轻度喘振工况下窄带啸叫噪声的主要原因。

采用Kriging模型的离心压缩机叶轮多目标参数优化

为进一步探索高性能、低噪声的离心压缩机优化设计方法,该文选用某燃料电池车用小型高转速离心压缩机为研究对象,通过三维内流场非定常分析对其气动性能和气动噪声进行计算,仿真求得的压升曲线与试验基本一致。基于该数值模型,采用最优拉丁方试验设计分析了叶片进口角、叶片出口角、尾缘倾角、叶顶间隙和叶片厚度对压缩比、等熵效率和整机声功率级的影响,结果表明叶片厚度和叶顶间隙最为关键,与压缩比和等熵效率负相关,与声功率级正相关,前倾叶片较后倾叶片噪声更低。采用Kriging模型对数值计算结果进行拟合,利用多目标遗传算法对Kriging模型进行循环优化设计。优化结果表明,Kriging模型精度满足需求,优化方案在设计工况点的压缩比提高3.56%,等熵效率提高1.02%,整机声功率级下降3.79 d B,在非设计工况点的压缩比和等熵效率也有提高,综合性能得到明显改善。该研究可为高性能、低噪声离心压缩机的优化设计提供参考。

燃料电池车用旋涡风机气动噪声及影响因素

建立了旋涡风机二维CFD模型,对其内部流场及远场气动噪声进行了计算。计算结果表明:旋涡风机噪声频谱中的42倍频与风机入出口的叶片数目以及隔板与叶轮间的径向间隙均有关。径向间隙大于0.5mm或小于0.5mm时,旋涡风机产生的噪声峰值频率是不同的。然后,采用相对极差分析了叶片弯角、叶片数目、叶轮与隔板的径向间隙这3个叶轮参数对旋涡风机远场气动噪声的影响,确定了影响噪声的主次因素。结果表明:叶轮与隔板的径向间隙对旋涡风机远场噪声的影响最大。

燃料电池车用离心风机噪声特性试验分析

基于消声室内台架试验,对某企业研发的燃料电池汽车空辅系统内的离心风机进行了噪声特性分析。通过初步预测离心风机噪声并设计试验方案,测量不同稳态和瞬态工况下离心风机的振动和噪声信号。离心风机的噪声主要表现为由风机叶轮、散热风扇等产生的阶次噪声以及由进气湍流、电磁激励等产生的宽频噪声两类,经过对采集的信号进行频谱分析以及阶次分析,明确了其主要的噪声成分是离心风机的进气噪声、风机叶轮和散热风扇的气动噪声。

爪极电机气动噪声数值模拟及机理分析

通过试验与仿真相结合的方法研究爪极电机气动噪声问题.运用数值仿真软件Fluent模拟爪极电机的流场分布以及声源信息.经对比发现,边界元法相比较FW-H模型具有更高的精度,能更好地分析气动噪声产生的机理,因此选用边界元法计算声场大小.在转速为10 000r/min的工况下,对其各主要阶次噪声的产生机理进行分析,发现影响爪极电机气动噪声特性的主要包括前、后风扇,爪极以及端盖格栅分布等因素,声压较大的阶次主要包括8、11、18、36、10、9、4、12阶等.根据声源表面压力分布,结合流场瞬态计算得到的压力脉动信息可知,8、11阶主要由前、后风扇共同作用产生,18、36阶主要由爪极产生,9、10阶主要由后风扇产生,而4、12阶主要有端盖格栅影响产生.

考虑轴承波纹度的燃料电池车用旋涡风机振动特性分析

通过分析滚动轴承结构特点,利用施加滚子轮廓线方法建立考虑轴承波纹度滚动轴承的多体动力学模型;将风机壳体及转轴进行柔性化,建立旋涡风机刚柔耦合的多体动力学模型;分析旋涡风机振动激励源与风机及轴承不同结构参数下振动特性。结果表明,轴承游隙存在会引起转频2倍频成分振动,且随游隙增加2倍频处振幅逐渐增加;波纹度存在,会产生对应波纹度阶次的高频成分振动,实际工况下高频成分会激发壳体模态引起壳体共振,影响燃料电池汽车的乘坐舒适性。

燃料电池车用旋涡风机气动噪声试验及仿真研究

在台架上测试了旋涡风机噪声特性,并利用CFD和有限元法计算了旋涡风机内部流场及其远场气动噪声。首先通过离散涡模拟计算了旋涡风机内部的非定常流动,通过涡量和声功率云图得知其主要噪声源为流道内前半部分流场;通过监测流场内压力波动得知,流场内压力脉动频谱基本反映远场噪声的频谱;然后建立其气动声学计算模型进行有限元分析,结果表明,气动声学的有限元计算与试验数据比较吻合,而用格林函数积分解法所做的简化导致结果有较大的误差;最后通过各场点声压级得出各平面的噪声指向性,为旋涡风机整车布置及其降噪提供一定的依据。

叶片旋转噪声激励下旋涡风机壳体声辐射计算理论及分析

基于旋涡风机内螺旋形流动,采用面元法和螺旋桨尾流面建模法建立叶片表面气动载荷理论计算模型。根据FW-H方程所得的叶片旋转噪声结果对旋涡风机壳体进行简化,基于Fluegge薄壳理论和拉格朗日能量法建立了旋涡风机壳体动力学模型,并结合边界元法建立了壳体远场声辐射的理论计算模型。理论计算的壳体声辐射指向性表明,壳体声辐射主要是在风机的周向位置,与试验结果一致。且较商业软件仿真,采用该文理论方法的计算时间大幅减少。最后利用理论计算模型,探讨了叶片数、叶片厚度、叶片宽度和叶片弯角对叶片旋转噪声激励下壳体声辐射的影响规律:叶片数的增加使得声压级逐渐减小;叶片厚度的改变对平均声压级几乎没有影响;随着叶片宽度的增加,声压级先减小再增大;声压级随前向叶片弯角的增大而增大,随后向弯角的增加而减小。

叶轮参数对旋涡风机性能影响分析及优化

采用Yoo改进的旋涡风机性能预测数学模型,在其基础上,进一步考虑进出口流动损失及流量泄漏这2个因素,并通过风机性能试验进行验证。为考虑叶轮结构参数对风机两大性能指标即压升和效率的影响,基于性能预测数学模型,探讨压升和效率随叶片数、叶片厚度、叶片宽度和叶轮轮径比变化的规律。后采用正交试验法并结合极差分析结果,得到了叶片数、叶片宽度和轮径比对风机性能影响的主次顺序:轮径比对风机压升和效率影响均最大,而叶片宽度对风机效率影响最小,叶片数则对风机压升影响最小。最终确定了参数范围内基于旋涡风机性能的最优结构方案。

燃料电池车用漩涡风机壳体辐射噪声数值预测

数值模拟燃料电池车用旋涡风机壳体的结构振动辐射噪声。首先给出燃料电池车上旋涡风机运行时振动噪声测量结果,然后使用Fluent模拟风机内部三维非定常流场,将作用在壳体表面的非定常力加载到壳体模型,使用Nastran对壳体进行动力响应计算,实现气体到结构的单向耦合。接着使用Virtual.Lab模拟风机壳体振动向外辐射的噪声,将试验测量和数值计算结果进行对比,表明此方法能够较为准确地模拟壳体的振动辐射噪声。最后采用这一方法研究散热片及结构阻尼对风机振动辐射噪声的影响。结果表明:无散热片以及增大结构阻尼系数可以降低漩涡风机壳体辐射噪声。

进口弯管对离心压缩机气动噪声影响的数值研究

设计研究中离心压缩机进口均假定为直管,而实际应用中进口管道多为弯管布置。采用数值模拟的方法对比了不同转速下90°进口弯管和进口直管对离心压缩机内部压力脉动的影响,并分析了进口弯管对离心压缩机气动噪声的影响。结果表明,进口弯管引起叶轮进口处基频的8倍频幅值在近弯管内侧处增大,叶片表面的基频幅值减小;叶顶间隙处16倍频幅值显著增大,在扩压器出口处影响已很小。弯管进口造成离心压缩机进口处声压级增大约7dB,需要在气动设计过程中考虑进口弯管的影响且在进口处采取降噪设施,以减少从进口弯管向外辐射的噪声。弯管进口对出口处噪声的影响较小,主要为宽频噪声减小。

压气机静子上游容腔优化设计研究

从3个方向对压气机静子上游容腔进行优化设计,采用数值模拟方法对优化效果进行分析。结果表明:开槽处理会破坏流动连续性,开槽位置对流动性能的影响较大,且开槽处理方案对封严性能提升效果不明显;右端壁与左端壁两种倒圆结构在叶栅通道出口截面的总压损失系数分别下降了0.395%和0.342%;两种堆叠结构叶栅出口截面的总压损失系数分别下降2.72%和3.11%,弧形拐角的堆叠结构封严性能更优。

基于相似理论进行超压气球离心压缩机选型方法研究

为了运用超压气球所需性能参数匹配出离心压缩机型号,通过相似理论和幂函数嵌套二次多项式对离心压缩机的气动性能模型仿真所得数据进行拟合,利用现有超压气球性能数据,采用相似换算,进行不同运行环境的折合计算和不同转速下的性能换算,得出以流量、压力比为目标值的性能换算目标转速值,然后利用目标转速匹配出离心压缩机的转速,选出了离心压缩机型号。该方法可对离心压缩机的选型以及针对超压气球工况来匹配离心压缩机转速提供参考。

圆柱扰流非定常流动流场动力学模态分解

为了解圆柱扰流中的大尺度有序运动特征,采用非定常数值仿真方法对圆柱扰流进行了研究,通过短时傅里叶变换方法对流场内典型监测点进行了时频分析,并引入DMD方法对非定常流场进行分析,获取了各阶流场模态的频率及分布特征。结果表明:DMD方法提取的模态频率与圆柱后方典型监测点时频分析得到的频率吻合较好,1阶模态表现为圆柱后方两侧形成的双列涡脱落特征,2阶模态表现为两侧涡团在圆柱正后方相互作用形成的类驻波特征。采用DMD分析与CFD计算相结合的方法,可以用于研究圆柱扰流的非定常流动特征。

可调低稠度扩压器对提升离心压缩机气动性能的数值研究

本文以某燃料电池车用高速小型离心压缩机为研究对象,采用商业软件ANSYS CFX,分析了70000~100000r/min不同转速下,从阻塞到喘振流量范围内,低稠度扩压器叶片安装角分别为10°、15°、20°、25°时,离心压缩机的级性能变化,并与无叶扩压器进行对比。数值结果显示,低稠度扩压器提高了静压恢复系数,扩压器内径向方向和叶高方向减速均匀,流动损失小。可调安装角的低稠度扩压器可在各转速下较无叶扩压器提高约8%的流量范围,并且能在各工况提高至少压缩机4%的压比及等熵效率。通过分析各工况下压缩机比转速、扩压器进口冲角和叶片安装角之间的关系,基于响应面模型给出进口冲角和叶片安装角相对比转速的多项式,为可调低稠度扩压器的实际应用提供研究基础。

不同进口形式下离心压缩机的内部流动特性

运用数值仿真的方法分析了进口形式对离心压缩机内部流场和压力脉动的影响。结果表明增大进口直管段长度会增加直管段内侧回流和叶轮叶片上压力脉动基频幅值,增加进口处弯管曲率半径会减小弯管内外侧压力差并增大叶片上压力脉动基频幅值,增大弯管角度虽会增大内外侧压差但是会减小叶片上压力脉动的幅值,远离蜗舌的进口安装角度会使进口弯管内的流线更加均匀并且会减小叶片上压力脉动幅值。在此基础上对进口形式进行了合理改进,改进后的进气管内不会形成进气回流且叶片上除基频外其余倍频的压力脉动幅值都有减小。

爪极电机气动噪声数值模拟及优化

提出一种爪极电机气动噪声的计算及分析方法,与试验进行对比,验证该数值模拟计算的准确性及可行性;运用该方法探究爪极倒角对电机整体气动噪声的影响,并进行噪声优化。运用Fluent计算爪极电机的流场分布以及声源信息;运用Virtual_lab采用边界元法计算声场大小。分别计算爪极有无倒角两种模型的声场,发现在主要阶次上有倒角的模型噪声均有所下降,倒角结构使得电机进气口处的噪声源得到削弱,相比无倒角的模型降低了10樼20 d B(A),进而使远场噪声下降3 d B(A),对爪极电机的气动噪声起到一定的优化降噪作用。