噪聲是破壞環(huán)境、危及人們健康的污染源之一。通風(fēng)機(jī)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)廣泛應(yīng)用的通用機(jī)械設(shè)備，具有噪聲大的特點(diǎn)。用于礦井通風(fēng)的主扇是煤礦地面最大的噪聲源之一。因此，研究通風(fēng)機(jī)的噪聲特性，對(duì)于進(jìn)行噪聲控制、改善工作環(huán)境和保護(hù)工人的身心健康都有非常重要的意義。
通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的原因：(1)空氣動(dòng)力產(chǎn)生的噪聲；(2)機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲；(3)氣體和固體彈性系統(tǒng)互相作用產(chǎn)生的噪聲，即耦合噪聲。其中氣動(dòng)噪聲和耦合噪聲產(chǎn)生的機(jī)理尤為復(fù)雜。本文將著重對(duì)氣動(dòng)噪聲和耦合噪聲產(chǎn)生的機(jī)理加以分析和研究。
1 通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)分離與噪聲
葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)分離形式是多樣的，產(chǎn)生機(jī)理是復(fù)雜的。在通風(fēng)機(jī)中，葉輪入口、葉輪內(nèi)部和葉輪出口都存在氣流分離現(xiàn)象，特別是在非設(shè)計(jì)工況下，這種分離現(xiàn)象更為嚴(yán)重［1］。氣流的分離將引起渦流，這些渦流由于粘性力的作用，又會(huì)分裂成一系列小渦流，渦流的移動(dòng)和破裂，使氣流發(fā)生擾動(dòng)，在氣流中形成壓縮和稀疏過(guò)程，由此產(chǎn)生噪聲?，F(xiàn)在的葉輪機(jī)械常在非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)工況或非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，其內(nèi)部流動(dòng)十分復(fù)雜。在非設(shè)計(jì)工況下，特別是在葉輪機(jī)械的流量小于額定流量一定值時(shí)，葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)尤其是葉輪入口前的流動(dòng)變化十分明顯。這時(shí)，入口處的軸面上形成一個(gè)旋回流區(qū)，旋渦的方向與軸面垂直；同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)一個(gè)與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致的軸向旋渦。即在旋渦區(qū)內(nèi)，流體以一定的角速度繞軸旋轉(zhuǎn)，隨著流量的進(jìn)一步減小，旋回流區(qū)向吸入管上游和吸入管中心擴(kuò)展，渦流內(nèi)部進(jìn)入混沌狀態(tài)。
對(duì)于一個(gè)沿其軸線由穩(wěn)定發(fā)展到破裂的旋渦，實(shí)驗(yàn)測(cè)量不出旋渦破裂前渦核附近區(qū)域的速度場(chǎng)，其原因是遠(yuǎn)前方均勻擴(kuò)散的微粒子，絕大多數(shù)流進(jìn)該區(qū)域的外部。從理論上描述葉輪機(jī)械的內(nèi)部流動(dòng)和旋渦的發(fā)展，可以用納維—斯托克斯方程作為控制旋渦的方程，其方程如下：
(1)
式中 p、ρ、υ——流體壓力、密度和運(yùn)動(dòng)粘度
納維—斯托克斯方程能否表現(xiàn)出分叉等非線性行為，讓我們首先來(lái)分析一下著名的洛倫茲(G.N.Lorenz)非線性系統(tǒng)：
(2)
式中Pr為普朗特?cái)?shù)，b＞0，Ra=PrReRi(Ri為理查遜數(shù)，Re為雷諾數(shù))
這樣的確定性的系統(tǒng)可以有隨機(jī)的結(jié)果，也就是說(shuō)，隨機(jī)的原因來(lái)自于內(nèi)部的非線性機(jī)制而不是外部。洛倫茲從理論上證明了出現(xiàn)隨機(jī)的結(jié)果是必然的。若式(2)把，，看成是相空間速度V(x，y，z)的三個(gè)分量，則速度散度為：
是穩(wěn)定系統(tǒng)。其次若方程(2)中取=Pry，=Rax，則
-PrRax=0
為單擺方程，由于Ra＞0，為處處不穩(wěn)定?？傊?，式(2)的整體穩(wěn)定性和處處局部不穩(wěn)定性，必然導(dǎo)致軌道的隨機(jī)性。
納維—斯托克斯方程由于有粘性，因而從整體上也是穩(wěn)定的。同時(shí)，又有偏離定常解v/t=0的局部不穩(wěn)定因素。再加上非線性相(V.<IMG height=15 sr -
上虞風(fēng)機(jī)
