Файл: Хорошев Г.А. Шум судовых систем вентиляции и кондиционирования воздуха.pdf

Примем, что интенсивность шума, излучаемого единицей пло­ щади плоской решетки, равна интенсивности шума, излучаемого единицей площади облопатывания рабочего колеса (на эквива­ лентном радиусе) при равных аэродинамических параметрах лопа­ ток и скорости натекания. Зная закономерность изменения шума по радиусу лопаток, можно определить интенсивность шума, из­ лучаемого единицей площади на любом радиусе рабочего колеса. В случае если эта закономерность изображается прямой линией, интенсивность шума, излучаемого единицей площади на любом радиусе колеса, будет равна

где А — коэффициент, характеризующий наклон прямой линии из­ менения интенсивности шума по радиусу колеса.

Интенсивность шума, излучаемого элементарной площадью ра­ бочего колеса, равна AJrdrdy, а интенсивность шума, излучаемого всей площадью облопатывания рабочего колеса, определится из выражения

Рассмотрим величины, входящие в формулу (102). Радиусы рабо­ чего колеса (гш гк) известны из аэродинамического расчета вен­ тилятора. Для определения / п.с можно воспользоваться аэроаку­ стическими характеристиками плоских решеток профилей, приве­ денными на рис. 42. Эти данные получены на аэроакустической установке с размерами рабочего участка / = 0,6 м; 6= 0,1 м.

В качестве исходного профиля при продувке плоских решеток профилей был принят симметричный профиль ЦАГИ.

81

Значение Jn.с для промежуточных значений параметров реше­ ток профилей может быть найдено путем интерполирования приве­ денных величин.

Значения уровней шума плоских решеток профилей (рис. 42) получены для точки, находящейся на расстоянии 1 м под углом 45° к плоскости рабочего участка. С учетом того, что характери­ стика направленности шума плоских решеток профилей та же, что и у натурного вентилятора, точка, для которой рассчитывают шум вентилятора, находится также на расстоянии 1 м от фланца всасывающего патрубка под углом 45° к плоскости всасывания. Скорость натекания потока на лопатки составляет йуі= 60 м/с. По­ этому при расчете уровня шума проектируемого вентилятора в формулу (103) необходимо ввести поправку, учитывающую ис­ тинное значение скорости набегающего потока (относительной) на периферийное сечение лопатки рабочего колеса w2.

Зависимость шума плоских решеток профилей от скорости на­

для натурных вентиляторов. С учетом сказанного выше формула

1 — гк

где Ln. с, LK.с — уровень шума, излучаемого плоской решеткой про­ филей, эквивалентной периферийному и корневому сечениям лопаток рабочего колеса;

различным сечениям рабочих лопаток осевых вентиляторов и ком­ прессоров, показали, что их уровень воздушного шума уменьша­ ется практически на одинаковую величину при переходе от пери­ ферийных сечений к корневым по линейному закону. Например, при изменении относительного радиуса с 1 до 0,75 шум плоских решеток, эквивалентных облопатыванию на этих радиусах, изме­ няется примерно на 3—4 дБ у всех вентиляторов и компрессоров. Постоянная закономерность изменения шума по радиусу лопаток позволяет определять коэффициент А при наличии только одной величины — уровня шума плоской решетки, соответствующего, на­

пример, периферийному сечению Ln. с. Тогда, зная гк, можно опре­ делить LK.о и по формуле (105) рассчитать коэффициент А. Значе­ ние Ln. с определяется из приведенных аэроакустических характе­ ристик плоских решеток профилей.

83

§ 22. Искусственная турбулизация потока

впроточных каналах вентиляторов

В§ 16 было показано, что акустическая мощность, излучаемая решеткой профилей вентилятора, может быть выражена следую­ щей зависимостью:

где и — скорость натекания потока на решетку; г — некоторый осредненный радиус вихрей, сходящих с задней

кромки лопатки (или срывающихся с профиля при от­ рывном обтекании);

е — интенсивность этих вихрей (степень турбулентности);

f— характерная частота этих вихрей;

В— коэффициент пропорциональности.

Сетка наклонная

Рис. 43. Схема установки сетчатого турбулизатора на профиле.

1—2—3—4 — элемент пограничного слоя.

Из выражения (106) видно, что для уменьшения акустической мощности, возникающей вследствие вихреобразования в проточ­ ной части вентилятора, необходимо снижать скорость натекания потока; уменьшать параметры турбулентности; воздействовать на величины, входящие в коэффициент В, которые наряду с другими причинами зависят и от параметров решетки профилей.

Для уменьшения звуковой мощности, излучаемой решеткой профилей путем воздействия на параметры турбулентности, ав­ торы предложили использовать турбулизирующие элементы, уста­ навливаемые в решетке профилей [47, 55, 70]. В качестве турбулизаторов используются обыкновенные металлические сетки. В слу­ чае отрывного обтекания лопатки воздействие сетки на аэроаку-

происходит турбулизация определенного объема воздуха, примы­ кающего к поверхности лопатки. При этом наблюдается перенос

84

некоторой части энергии из основного потока межлопаточного ка­ нала в область турбулентного пограничного слоя. В результате этого профиль пограничного слоя изменяется, его эпюра стано­ вится более полной, что приводит к повышению устойчивости по­ граничного слоя. Вследствие увеличения кинетической энергии пограничного слоя происходит смещение точки отрыва вниз по потоку.

Отмеченное выше подтверждается также анализом уравнения пограничного слоя, полученного с учетом влияния турбулизации потока:

(107)

Уравнение (107) отличается от обычного уравнения, получен­ ного Л. С. Лейбензоном [37], наличием величины е в левой части, которая характеризует кинетическую энергию пограничного слоя. Гак как е (степень турбулентности потока за сеткой) меньше еди­ ницы, то, следовательно, левая часть уравнения увеличивается, т. е. возрастает кинетическая энергия пограничного слоя.

2.Установка сеток в районе входных кромок лопаток приводит

ктакому перераспределению эпюры давления на всасывающей по­ верхности лопаток, что градиент давления вблизи максимального разрежения становится меньше. Это также способствует более благоприятному обтеканию лопаток.

Изменение эпюры давления по лопатке сказывается в основ­ ном только на всасывающей поверхности, на нагнетательной по­ верхности — практически очень мало.

3.Положительное воздействие сетки на аэроакустические ха­

рактеристики решетки профилей (лопаток) проявляется еще и в том, что вихри, образующиеся при обтекании сетки, разбивают большой срывной вихрь на несколько отдельных мелких вихрей, масштаб которых будет определяться параметрами сетки. При этом может возрасти характерная частота турбулентности и, каза­ лось бы, в соответствии с формулой (41) должна увеличиться зву­ ковая мощность, излучаемая решеткой профилей с сетчатыми турбулизаторами. Но поскольку звуковая мощность зависит от ха­ рактерной частоты вихрей — в квадрате, а от их размера — в четвертой степени, то наблюдается общее снижение звуковой мощности, излучаемой решеткой профилей. Шум решетки лопаток будет снижаться еще и потому, что интенсивность вихрей, срываю­ щихся с лопатки при наличии сетки, будет меньше по сравнению с интенсивностью вихрей у решетки без сетки. Но установка сетки приводит к увеличению вихревой энергии решетки лопаток в це­ лом, т. е. к уменьшению давления, создаваемого решеткой (вен­

85

тилятором), что в свою очередь требует увеличения скорости на­ текания потока на решетку для получения заданного давления. Повышение же скорости натекания, естественно, приводит к воз­ растанию шума. Однако вследствие незначительного уменьшения давления при установке сеток и, следовательно, незначительного увеличения скорости, в итоге наблюдается все же снижение шума вентиляторов. Кроме того, дополнительная вихревая энергия от сеток генерирует вихревой шум в области высоких и ультразвуко­ вых частот, так как его диапазон определяется частотой образо­ вания вихрей при обтекании сетки (более 5—10 кГц). В этой об­ ласти спектра шума имеются достаточно эффективные методы его уменьшения с помощью чисто акустических средств: звукоизоли­ рующих и звукопоглощающих конструкций, глушителей шума и др.

При использовании сетчатых турбулизаторов для улучшения аэроакустических характеристик решеток профилей, обтекаемых без отрыва потока, наблюдается несколько иная картина. В этом случае воздействие сеток определяется тремя факторами:

1.Перераспределением давления на поверхности лопатки, ко­ торое в отличие от отрывного обтекания приводит в общем случае

кухудшению условий обтекания профиля в решетке.

2.Дроблением вихрей турбулентного пограничного слоя на бо­ лее мелкие. Это наблюдается только в том случае, если размер вихрей, образующихся при обтекании сетки, меньше размера вих­ рей турбулентного пограничного слоя, сходящих с задней кромки лопатки. Так как масштаб турбулентности в пограничном слое при безотрывном .обтекании достаточно мал, то наблюдаемое сниже­ ние воздушного шума при этом незначительно.

3.Увеличением сопротивления решетки профилей, что приво­ дит к общему уменьшению коэффициента подъемной силы про­ филя.

Из сказанного выше следует, что использование сетчатых тур­ булизаторов для уменьшения воздушного шума вентиляторов, ло­ патки которых обтекаются без отрыва, нецелесообразно. Примени­ тельно к судовым вентиляторам можно с уверенностью утвер­ ждать, что безотрывное обтекание лопаток имеется в осевых вен­

лятора. В большинстве центробежных судовых вентиляторов се­ рии ЦС наблюдается отрывное обтекание лопаточного аппарата, поэтому в них целесообразно применять сетчатые турбулизаторы.

В общем случае аэроакустический эффект турбулизаторов за­ висит от следующих факторов:

—условий обтекания решетки профилей, которые в свою оче­ редь зависят от типа профиля, его кривизны, угла атаки, густоты решетки и т. д.;

—параметров и размеров сетчатых турбулизаторов: диаметра

проволочки, коэффициента живого сечения сетки, размера сетки по шагу решетки;

— места установки сетки по хорде лопатки и шагу решетки.

86