通过减小叶尖间隙实现大直径轴流冷却风扇的实验降噪（气动声学增强）
前言：利用蒸汽循环的热电站，如集中式太阳能电站等，使用阵列式空冷冷凝器单元来通过将其热量排放到流动空气中来凝结工作流体。每个ACC单元都包含热交换器捆绑件，通过其中强制空气的方式，使用大直径轴流风扇。
这些仅具有转子的风扇没有前锥体、转子矫正器或导向叶片，并且每个风扇的直径可以达到12米。轴流风扇是热电站噪音排放的重要构成，测量的平均噪音排放强度高达88 dB(A)。
从轴流风扇发出的噪音强度取决于旋转速度、叶片数量和叶片的几何形状。由于叶片的巨大尺寸和较低的旋转速度，大直径轴流风扇主要是低频噪音排放者。低频噪音可以传播更远，穿透附近的房屋和建筑物，对人类生活质量构成比高频噪音更大的关切。
暴露在看似不起眼的低频噪音，在80 dB(A)的条件下，持续90秒，会影响人耳的微观机械结构，持续时间可长达曝露后的2分钟。
已经尝试了多种减少热电站ACC噪音排放的方法，主要是通过向ACC单元添加消声器。这些方法对电厂的电力输出产生了不利影响，因为ACC流入条件受到了扭曲，系统效率降低。焦点已经转向了重新设计或修改轴流风扇叶片。
通过增加风扇的弦长和降低旋转速度，以保持恒定的固度，可以减少噪音排放强度。为了进一步降低噪音排放强度，有利于在叶片轮廓中添加叶片扫掠。这种类型的风扇实现了15 dB(A)的噪音排放强度降低。
制造这种低噪音风扇的成本是常规直叶片轴流风扇的四倍。这导致了许多改型叶片以消除风扇叶片上的噪音源的开发。有必要研究简化的噪音减少技术，这些技术可以轻松应用于现有的大直径轴流冷却风扇叶片。
目前关注的风扇是八叶片的直径为1.534米的M型风扇。这款1.534米的M型风扇是一个缩比模型，用于24英尺的大型强制通风轴流风扇，在用于干旱地区的CSP电厂的ACC。12 M型风扇，在减少干旱地区CSP电厂的水消耗。由于M型风扇是一个没有修改的传统轴流风扇设计，因此决定将M型风扇用作基准叶轮，以研究叶尖间隙和叶片数量变化对风扇性能和噪音排放的影响。
噪音是流场经历空间非均匀分布的结果，导致由于对风扇叶片上的升力和阻力力作用而引起的周期性压力脉冲的不稳定响应。噪音辐射频率对应于叶片通过频率，并具有高的空气声学效率。13 BPF取决于旋转速度，因此被感知为低频声音。
人类对声音强度的感知与物理测量声音强度不同。人类在1 kHz到6 kHz之间能够较好地感知声音，但在这个带宽之外的感知能力降低。14 为了以数值方式表示人对声音的感知，声音强度级别在频谱上被赋予了一种称为A加权的权重分布。14 叶轮设计应考虑BPF及其谐波的影响。叶轮的BPF越接近1 kHz到6 kHz的带宽，BPF的效应越容易被人类感知。
减小BPF的一种方法是在恒定RPM和体积流速的情况下减少叶片数量，因此需要使用恒定固度比的缩比弦长，如方程所定义σs=Cs=Cz2πRFan。
这在本研究中应用于八叶片的M型风扇。叶片数量减半，弦长加倍，以保持风扇的固度相同，从而保持四叶片M型风扇的设计点参数与八叶片M型风扇相同。所有其他参数保持不变。
在大直径轴流风扇中发现的一个主要噪音源是叶尖泄漏噪音或叶尖间隙噪音。叶尖间隙噪音是由于高压空气围绕叶片尖端泄漏而形成的涡旋的副产品。
通过在叶片上添加前缘锯齿，可以对抗湍流吸入噪音。这些锯齿充当涡旋产生器，并通过破坏性干涉减少噪音生成。减小前缘锯齿波长并增加锯齿振幅会减少噪音排放。
空气声学信号需要高级的预处理和后处理策略。壁挂式麦克风组用于以采样率和块大小为SR = BS = 32,768收集原型的空气声学特征，从而获得1 Hz的频率分辨率。通过应用汉宁窗和66%的重叠来进行多次200次平均处理，以最小化随机噪音效应，同时提高所收集信号的稳定性和可靠性。
通过考虑每个离散频率的谱数据，使用方程获得所收集麦克风信号的声压级。在时离散域中积分或将谱级别相加，可以获得在10 Hz≤f≤10 kHz的带通滤波谱范围内定义的总声压级。
结论：将风扇叶片数量从八片减少到四片显著影响了所研究风扇的空气声学特性，降低了风扇的宽带噪音辐射。在较低的流量下，A加权有利于四叶片风扇配置，尽管其在BPF方面的噪音激励高于八叶片风扇配置。
减小叶尖间隙会略微改善空气动力特性，但会显著减少辐射噪音。因为叶尖间隙泄漏涡的脱落位置向前缘移动，从而减小了将与相邻叶片相互作用的涡旋结构的大小。
在保持恒定固定度数的情况下减少叶片数会影响频谱范围，将其向较低频率偏移。降低叶片数和叶尖间隙变化的叠加效应不太明显。改变叶片叶尖间隙的实际方法被认为是设计用于工业环境中降低风扇噪音的稳健且高效的被动应用的起点。
