离心风机气动噪声预报及降噪优化研究
摘要
离心风机作为常用的工业辅助设备，广泛应用于生产生活的各个领域。离心风机
运行过程中的主要噪声是气动噪声，对离心风机气动噪声预报准确对于研究其气动特
性以及降噪优化极其重要。因此，本文以离心风机为研究对象，基于CFD与声学有
限元的思想，采用STARCCM和ACTRAN联合的计算方法，发展一种离心风机气动
噪声的准确预报方法，并利用预报流程对离心风机结构参数进行降噪优化设计，具有
重要的研究意义。本文的主要工作内容如下：
（1）考虑各部件的间隙配合，对离心风机进行精细的三维建模。对离心风机进
行全流域的网格划分，确定网格数量和湍流模型以及边界条件。对额定工况，变转速
和变流量工况的流场进行计算和分析，分析了流场的流动规律以及影响噪声源的情况。
并采用数值模拟与实验相结合的方式通过离心风机性能曲线验证了流场计算的准确性。
（2）提取流场的声源信息，采用宽频噪声源模型分析噪声源的主要贡献情况，
确定偶极子噪声贡献主要在叶轮叶片和蜗舌与叶轮之间，四极子噪声主要在叶片之间
和蜗舌附近。利用声学有限元对管内外噪声监测点进行气动噪声预报，观测管内外噪
声的声学频谱特性，并采用噪声实验验证了不同转速下的声压分布情况。结果如下：
管内外的实验与仿真误差均在5%的范围内，在误差允许的范围内得到了完整的气动
噪声预报流程。
（3）根据完整的预报流程，针对宽频噪声源分析得到噪声主要贡献位置，选取
叶片数、叶轮出口宽度、蜗舌半径以及蜗壳出口扩张角四个典型结构，采用控制变量
法进行气动性能和噪声的相关分析。结果表明，对于不同参数的变化，会对离心风机
的性能和噪声产生不同程度的影响。最终选取合适的参数范围，保证了气动性能的前
提下达到降噪效果。
（4）通过对参数的研究，将正交设计的思想引入气动噪声预报中，建立了四因
素三水平的正交设计表，并以噪声，全压以及效率作为目标值，分别对正交表中的工
况进行求解并对其进行极差分析，得到了优化机型组合。对比分析发现，优化机型降
低了叶轮与蜗舌的动静干涉，同时均匀了内流场，达到提升性能目的，与原型机相比
噪声降低了4.6dB，全压降低5Pa，但效率提升了2.35%。
关键词：离心风机，气动噪声，声学有限元，正交设计
离心风机气动噪声预报及降噪优化研究
Abstract
Asacommonlyusedindustrialauxiliaryequipment,centrifugalfansarewidelyused
invariousfieldsofproductionandlife.Themainnoiseduringtheoperationofcentrifugal
fanisaerodynamicnoise,andaccuratepredictionofaerodynamicnoiseofcentrifugalfanis
extremelyimportantforstudyingitsaerodynamiccharacteristicsandnoisereduction
optimization.Therefore,takingcentrifugalfanastheresearchobject,basedontheideaof
CFDandacousticfiniteelement,thispaperusesthecalculationmethodofSTARCCMand
ACTRANtodevelopanaccuratepredictionmethodforaerodynamicnoiseofcentrifugal
fan,andusestheforecastingprocesstooptimizethenoisereductiondesignofthestructural
parametersofcentrifugalfan,whichisofgreatresear