Экспериментальный метод определения механизма генерации аэродинамического шума

В машиностроении наиболее шумным является оборудование, в основе работы которого лежат аэродинамические процессы. Это вентиляторы, компрессоры, пневмодвигатели, двигатели внутреннего сгорания, газотурбинные установки и другие агрегаты. Конструирование принципиально нового малошумного энергетического оборудования требует знания причин шумообразования в уже существующих машинах. Предложен оригинальный экспериментальный метод по определению механизма генерации аэродинамического шума различных энергетических установок с помощью несложного физического опыта на примере испытания роторной газодувки Рутс производства Мелитопольского компрессорного завода. Газодинамические процессы в технических устройствах являются источниками возникновения интенсивной звуковой энергии, генерация которой может быть интерпретирована простейшими идеальными математическими моделями (монополь, диполь, квадруполь). Из теоретической акустики известно, что генерируемая звуковая энергия трех указанных типов звуковых источников зависит от степени скорости аэродинамических потоков соответственно четвертой, шестой и восьмой степени. Эксперимент позволил определить зоны монопольного, дипольного и квадрупольного характера генерации шума в диапазоне частот 125…8 000 Гц при различных режимах работы. Проведенный анализ особенностей излучения аэродинамического шума на примере газодувки Рутс в октавных полосах частот позволил подробно исследовать процессы звукового излучения. Он показал, что, несмотря на наличие трех механизмов возникновения шума, на существующих режимах работы газодувок до частоты вращения роторов 3 000 мин–1 преобладает излучение монопольного типа, подчиняющееся закону четвертой степени. Следовательно, при численном моделировании генерации звука газодувок Рутс следует использовать математический аппарат монопольного излучателя.

Литература

[1] Рон Э.В. Численная аэроакустика в автомобилестроении. Журнал автомобильных инженеров, 2012, № 4 (75), с. 10–14.

[2] Гусев В.П., Лешко М.Ю., Пестерева М.Ю. Генерация аэродинамического шума в элементах систем вентиляции. АВОК, 2006, № 3, с. 70–81.

[3] Копьев В.Ф., Остриков Н.Н. Исследование технологии снижения шума обтекания с помощью изменения формы поверхности плохообтекаемых тел. Тез. докл. Второй Всерос. открытой конф. по авиационной акустике, 2011, с. 103–104.

[4] Баженова Л.А. К вопросу о механизме возникновения вихревого звука при обтекании потоком твердых неподвижных тел. Сб. тр. науч. конф., посвященной 100-летию А.В. Римского-Корсакова, Москва, ГЕОС, 2010, с. 69–80.

[5] Тараторин А.А., Тупов В.Б. Методика определения акустического центра источника шума. Теплоэнергетика, 2015, № 7, с. 19–24.

[6] Гусев В.П. Повышение точности акустических расчетов инженерных систем. АВОК, 2011, № 3, с. 64–71.

[7] Di Zhou, Xiaoyu Wang, Jun Chen, Xiaodong Jing, Xiaofeng Sun. Sound generation by non-synchronously oscillating rotor blades in turbomachinery. Journal of Sound and Vibration, 2015, vol. 355, pp. 150–171.

[8] Giakoumis E.G., Rakopoulos C.D., Dimaratos A.M., Rakopoulos D.C. Combustion noise radiation during acceleration of a turbocharged diesel engine operating with biodiesel or n-butanol diesel fuel blends. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Pt. D, Journal of Automobile Engineering, 2012, vol. 226, pp. 971–986.

[9] Zhang L., Liang S., Hu C. Flow and Noise Characteristics of Centrifugal Fan under Different Stall Conditions. Mathematical Problems in Engineering, 2014, vol. 2014, Article ID 403541, 9 p. Available at: http://dx.doi.org/10.1155/2014/403541 (accessed 27 January 2016).

[10] Пятунин К.Р., Архарова Н.В., Ремизов А.Е. Численное моделирование тонального шума ступени вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя. Вестник СГАУ, 2014, № 5–3 (47), с. 60–65.

[11] Скучик Е. Основы акустики. Т. 2. Москва, Мир, 1976. 540 с.

[12] Вуд А. Звуковые волны и их применение. Москва, ЛКИ, 2010. 144 с.