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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林泰余
研究生(外文):Tai-Yu Lin
論文名稱:前傾式離心風機之流場與噪音場模擬分析
論文名稱(外文):The Flowfield and Aeroacoustic Simulation of a F.C. Centrifugal Fan
指導教授:沈銘秋沈銘秋引用關係
指導教授(外文):Ming-Chiou Shen
學位類別:碩士
校院名稱:遠東技術學院
系所名稱:機械研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:172
中文關鍵詞:前傾式離心風機共振器流場噪音場數值模擬
外文關鍵詞:F.C. centrifugal fanresonatorflowfieldaeroacousticholegroovenumerical simulation
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本文主要利用數值模擬方法,針對前傾式離心風機的流場與噪音場做研究,並探討在舌部加裝共振器以及在蝸殼上挖孔或加槽後,對離心風機之氣動性能與噪音的影響。首先根據文獻建立一低噪音的前傾式離心風機模型,以作為本研究之原始風機;接著將不同類型之共振器(變化共振腔之槽數與長度),分別置於離心風機之舌部,然後分別針對原始風機與加裝不同類型共振器後的離心風機模型,進行一系列的三維紊流場與噪音源之模擬分析與比較,以探討加裝共振器以及變更共振器之設計參數,對風機之流場與噪音場的影響情形。另一方面,則藉由原始風機之流場模擬分析結果,來作為在原始風機蝸殼上挖孔或加槽之設計依據,接著分別針對於蝸殼上挖孔或加槽後之離心風機模型,進行一系列的三維紊流場與噪音源之模擬分析與比較,以探討在風機蝸殼上挖孔或加槽後,對風機流場與噪音場的影響情形。
數值模擬結果顯示:風機在加裝共振器後,除可降低舌部附近劇烈的壓力與速度變化之外,並可有效地降低風機內部的壓力與速度梯度,同時縮小出風口之橫向渦流與縱向回流之範圍與強度,且可達到降低氣流噪音之功效,不過其整體之減噪效果並不大。不過由於加裝共振器,會使風機之入風口速度降低,因而減少其整體流量;此外並發現,變化不同共振腔長度與槽數對風機之流場與噪音場的影響並不大。另一方面,於風機之蝸殼上蓋板挖孔後,會造成挖孔上游之整體速度降低,並使原存於原始風機蝸道中之橫向渦流與葉輪出口之高速區幾乎消失,且噪音亦大幅降低;不過由挖孔流入之高速流體,卻使得挖孔下游至出風口之間的整體速度與流體動能提高,並導致舌部下游出口流道之流離點往後延遲,造成風機的有效出口面積增大與整體流量增加約39%,並可使該處之氣流噪音降低約18%。此外,於風機外殼挖孔後,亦會造成開孔下游至出風口流道間之壓力以及壓力梯度之提升,造成噪音源集中分佈於開孔下游至出風口之流道間,而與原始風機集中在葉輪與舌部附近之噪音源分佈情形明顯不同。最後並發現,於風機之蝸殼舌部出口流道下方加槽後,對風機之性能與噪音的影響並不大。
This study is to investigate the influences on the performance and noise due to installing a resonator into the cut-off or digging a hole and forming a groove on the housing for a F.C. centrifugal fan by applying numerical methods. First of all, a low noise F.C. centrifugal fan using for a base fan in this study and resonators with different types is constructed according to the foregone literatures. Next, install these resonators into the cut-off of the centrifugal fan respectively to get a series of fan models with different type resonator. Then, a series of numerical simulations of turbulence flow and aeroacoustic associated with these fan models and base fan carried out individually. Furthermore, the analysis and comparison of performance and noise among base fan and these fan models performed, also the influences on the aerodynamic performance and noise owing to the resonator installation and the change of resonator’s types was investigated. On the other hand, the design parameters of the groove and hole on the housing of fan were determined respectively according to the results of flowfield visualization for the base fan. Then, a hole was dug on the front plate of the housing, and a sunken groove was formed on the bottom plate of outflow channel of the housing individually. In addition, the flowfield and aeroacoustic of the fans with hole or groove simulated. Consequently, the influences on the aerodynamic performance and aeroacoustic owing to the hole and groove on the housing investigated respectively by comparing these simulation results with the base fan’s one.
The numerical results indicate that the fan after installing resonator, in comparison with the base fan, can reduced the pressure and velocity gradient of both cut-off vicinage and inside the housing, as well as reduced the range and strength of both transverse vortex and longitudinal recirculation flow at outflow section. Furthermore, the resonator can reduced the aeroacoustic noise a little but decreased the flow rate. Besides, the influences on the performance and noise owing to the change of resonator’s types were puny. On the other hand, the fan after digging a hole on the front plate of its housing can increased the volume flow rate by 39 % as well as reduced noise output at outflow section by 18 %. Furthermore, the integral velocity between hole’s downstream and outlet were increased to lead the fluid separation moving down and delaying after digging a hole on housing. It also caused the effective outlet area increased, as well as increased the volume flow rate. Besides, the aeroacoustic source distributed mainly between hole’s downstream and outlet for the fan after digging a hole. It was different distinctly form the base fan, which distributed near the cut-off and impeller. Finally, the influences on the performance and noise owing to the groove were puny.
目 錄

誌謝Ⅰ
中文摘要Ⅱ
英文摘要IV
目錄VI
表目錄IX
圖目錄Ⅹ
符號索引XVI
第一章 緒論1
1-1前言1
1-2文獻回顧4
1-2-1風機之外型設計與性能改良實驗5
1-2-2數值模擬流場分析9
1-2-3噪音改善12
1-3研究動機與目的15
第二章 風機噪音特性與共振器理論19
2-1風機噪音特性19
2-1-1氣動力噪音19
2-1-2機構振動噪音23
2-1-3音源的輻射場 24
2-2共振器之理論與應用25
2-2-1λ/4共振器理論分析26
2-2-2λ/4共振器之應用31
第三章 數值模擬方法33
3-1流場統御方程式34
3-2紊流模式35
3-3數值模擬方法38
3-3-1方程式離散化38
3-3-2上風差分法40
3-3-3SIMPLE解法理論41
3-3-4空氣噪音模擬分析理論46
3-4邊界條件設定48
3-5計算網格規劃51
第四章 加裝共振器之性能與噪音分析比較60
4-1計算格點數之分析與選擇60
4-2疊代次數之分析與選擇61
4-3數值模擬規劃62
4-3-1前傾式離心風機之模型建立64
4-3-2共振器之模型建立與規劃67
4-4原始風機之數值模擬分析72
4-4-1不同高度剖面之流場與噪音場分析72
4-4-2縱向剖面之流場與噪音場分析83
4-4-3數值模擬之驗證91
4-5風機加裝共振器之數值模擬分析比較92
4-5-1加裝與未加裝共振器之離風機的流場與噪音場分析比較92
4-5-2變化不同共振腔長度之流場與噪音場分析比較113
4-5-3變化不同共振器槽數之流場與噪音場分析比較114
4-5-4流量值與聲壓值之定量分析比較124
第五章 風機挖槽之性能分析比較126
5-1數值模擬規劃126
5-2風機蝸殼上蓋板處挖孔之流場與噪音場分析129
5-3風機舌部出口流道下方處加槽之流場與噪音場分析148
5-4流量值與聲壓值之定量分析比較160
第六章 結論與建議161
6-1結論162
6-2建議163
參考文獻165
自述172
參考文獻

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