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增压器离心压气机气动噪声数值分析

文档作者：刘扬，张文平，杜炳鑫，明平剑，焦亚飞文档来源：哈尔滨工程大学动力与能源工程学院		点击数：	更新时间： 2026年01月24日
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第2期(总第205期)
2013年4月
车用发动机
VEH ICLE ENGINE
No．2(Seria1 No．205)
Apr．2013
增压器离心压气机气动噪声数值分析
刘 扬，张文平，杜炳鑫，明平剑，焦亚飞
(哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨 150001)
摘要：设计了一种离心式压气机，并建立了三维几何模型。通过CFD软件进行三维非定常数值模拟，预测压
气机的流量特性和气动特性。在得到流场信息的基础上，利用宽频噪声模型预测离心式压气机近场噪声场并确定
主要噪声源位置，最后结合FW-H模型计算离·心式压气机离散噪声分布。研究结果可为离心式压气机低噪声设计
和结构优化提供参考。
关键词：离心式压气机；气动噪声；非定常流；流动分布；流量特性
DOI：10．3969／j．issn．1001—2222．2013．02．008
中图分类号：TK421．6 文献标志码：B 文章编号：1001-2222(2013)02—0031-05
涡轮增压器是柴油机组的主要组成部分，随着
柴油机技术的发展，涡轮增压器的压比和转速不断
提高，涡轮增压器的气动噪声问题日益凸显，这也大
大提高了柴油机运行时的整体噪声，其中压气机噪
声决定了整台增压器噪声的大小。分析涡轮增压器
的噪声源，研究增压器气动噪声的产生机理与控制
方法，具有十分重要的意义。
目前，对于旋转机械气动噪声研究主要集中在
风机和轴流式压气机，对离心式压气机的研究较
少[1]。方开翔、刘秋洪等_2刮分别研究了轴流式和径
流式风机的气动噪声，均采用声类比法定性分析了
风机的气动噪声频谱；江国和_4 研究了离心式压气
机定常流场，并预测近场的声场分布，采用此种方法
对压气机内部的非定常流场进行计算存在一定的缺
陷；曹林、毛义军等L5 预测了压气机内部的压力脉
动特性，但未预测远场的声场规律；Cho[7 采用二维
模型计算了风机的气动噪声，忽略了三维结构对气
动噪声的影响。本研究设计了一种离心式压气机，
通过CFD软件对三维非定常流场进行数值模拟，预
测压气机的流量特性和气动特性，在获得声源信息
后预测离心式压气机的近场和远场声场。
1 离心式压气机设计
离心式压气机的设计以1 200 kw 柴油机为背
景，采用一维通流计算得到压气机的基本参数，然后
在此基础上进行叶片和蜗壳的计算[8]。离心式压气
机设计的初始数据：空气质量流量G一1．8 kg／s；压
气机压比／r =2；环境温度To一293 K；环境压力
P。一101 325 Pa。压气机叶片采用前倾后弯叶片，
叶型曲线选用二次抛物线，后弯曲线选取单圆弧曲
线。压气机的蜗壳为变截面蜗壳，横截面(子午截
面)的形状为圆形，扩压器的形式为无叶扩压器，且
扩压器上下壁面平行。设计结束后，最终得到的压
气机基本参数见表1。
表1 压气机基本参数
流量／kg·s-1 1．84
压比 2
转速／r·min 25 700
叶片数目(全长) 16
叶轮进口直径／ram 240
叶轮轮毂直径／ram 50
叶高／ram 72
叶片后弯角／(。) 30
2 模型建立及流量特性预测
2．1 压气机模型建立
采用Pro／E软件按照压气机基本参数建立了
压气机几何模型。主要通流部分包括进气道、工作
轮、无叶扩压器和蜗壳。计算区域分为三部分：进气
部分(包括进气道)、工作轮部分、蜗壳部分(包括无
收稿日期：2012—12～31；修回日期：2013-03—30
作者简介：刘扬(1989一)，男，硕士，主要研究方向为柴油机涡轮增压器气动噪声；liuyang08034203@163．com。
通讯作者：张文平(1956一)，男，教授，博士，主要研究方向为计算流体动力声学,zhangwenping@hrbeu．edu．cn。

2013年4月 刘 扬，等：增压器离心压气机气动噪声数值分析 · 35 ·
l40
l20
∞
100
蠢 。
6o
40
20
4 结论
40 60 80 lo0 l20
频率／kHz
图13 压气机离散噪声频谱
a)在Fluent软件中采用滑移网格模型，预测离
心式压气机流量特性和额定工况下的非定常流场，
有助于对压气机内部流场的直观理解；
b)模拟压气机近场噪声，可知离心式压气机的
最大声功率主要分布在工作叶轮，为下一步离散噪
声的预测提供依据；
c)运用F H 模型，对压气机进口1 In处辐射
噪声进行计算，该噪声主要由宽频噪声和离散噪声
组成，并且最大声压级集中在叶片通过频率处，并与
理论值相吻合。
参考文献：
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Numerical Analysis of Aerodynamic Noise for
Turbocharger Centrifugal Compressor
LIU Yang，ZHANG Wen—ping，DU Bing—xin，MING Ping—jian，JIAO Ya—fei
(College of Power and Energy Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China)
Abstract：A centrifugal compressor was designed and its 3D model was established．W ith the CFD software，3D unsteady nu—
merical simulation was carried out and the flow and aerodynamic characteristics of compressor were predicted．Then the nearfield
noise field of centrifugal compressor was predicted and the main noise source was determined with the broadband noise
mode1．Finally，the distribution of discrete noise for the centrifugal compressor was calculated with combining the FW-H mod—
e1．The results could provide the reference for low-noise design and structure optimization of centrifugal compressor．
Key words：centrifugal compressor；aerodynamic noise；unsteady characteristic flow；flow distribution；flow characteristic

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