包含進口不規(guī)則形狀的電子器件軸流冷卻風扇的周向聲模態(tài)尚不明確,需要對其噪聲特性有更加深入的認識。對電子器件散熱領域常用的一款變速軸流風扇的氣動噪聲特性開展試驗研究。首先分析了風扇遠場噪聲頻譜特征和指向性,進風一側(cè)一階葉片通過頻率噪聲幅值最大,出風一側(cè)三階葉片通過頻率噪聲幅值最大,顯示進出風口具有不同的離散單音影響因素。風扇驅(qū)動電機電源線在靜葉支撐上的排線方式對總聲壓級和噪聲指向性有明顯的影響。然后基于18和8兩種均布測點的模態(tài)校正方法,準確識別了冷卻風扇進出口前三階葉片通過頻率下的周向聲模態(tài)分布,在計及風扇進口導流罩非軸對稱形狀的基礎上,對傳統(tǒng)的TYLER-SOFRIN動靜干涉模態(tài)計算公式進行修正,并通過試驗證實其有效性。 

【文章來源】：機械工程學報. 2020,56(18)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

測試風扇結(jié)構(gòu)表1風扇主要設計參數(shù)

不確定度為0.30dB。聲壓信號通過NIPXIe1085機箱和2塊NIPXIe-4499采集卡(16通道同步采樣輸入，24位分辨率)采集。采樣頻率20kHz，采樣點數(shù)20k，窗函數(shù)為Hanning窗。傳聲器的標定使用B&K4231，每次試驗前進行標定。每次測量待風扇穩(wěn)定工作后連續(xù)采集20s，通過RMS平均消除測量隨機誤差帶來的影響。圖2試驗裝置及指向性測點布置1.3周向模態(tài)分析測試方法周向模態(tài)的測量采用同步測量方式，在正對冷卻風扇的垂直于旋轉(zhuǎn)軸的環(huán)面上均勻布置多個傳聲器，如圖3所示。傳聲器所處圓周直徑為400mm，是風扇通流直徑的3倍以上，可以避免風扇流場對聲學麥克風測量的影響。周向模態(tài)的提取方法為對時域信號進行空間傅里葉變換，對于每個離散的頻率f，聲壓p可以分解為不同周向聲模態(tài)的疊加進行求解()exp(i)fmfmpAm(1)11()exp(i)NmffnnnApmN(2)式中，m為周向模態(tài)，θ代表周向角度，Amf為頻率f處的模態(tài)振幅。若頻譜信號中某個峰值對應的真實模態(tài)數(shù)mx滿足|mx|>N/2，則測得的模態(tài)數(shù)會混疊至N/2范圍內(nèi)，由下式計算求解0,1,2,xmmN(3)圖3周向模態(tài)測量裝置及測點布置2冷卻風扇遠場噪聲特性2.1遠場噪聲頻譜風扇額定轉(zhuǎn)速下進出口±45°的遠場噪聲窄帶譜結(jié)果，如圖4所示。圖4中可見明顯的葉片通過頻率(BPF)、轉(zhuǎn)子頻率(RF)以及各階倍頻的單音噪聲峰值。風扇進風口和出風口遠場噪聲頻譜呈現(xiàn)不同特征，圖4a和4b所示出風口以三階BPF單音噪聲為主導，而圖4c和4d所示進風口以一階BPF單音噪聲

月2020年9月孫宗翰等：電子器件軸流冷卻風扇氣動噪聲周向模態(tài)試驗167圖4冷卻風扇不同測點噪聲窄帶譜總聲壓級、離散總聲壓級和寬頻總聲壓級分別為75.6dB(A)、74.3dB(A)和69.6dB(A)，離散單音噪聲是主要的氣動噪聲源。2.2噪聲指向性特征風扇遠場噪聲總聲壓級指向性分布如圖5a所示，P5處噪聲明顯大于P3，且與其他測點總聲壓級相差超過2dB(A)，指向性分布呈明顯的不對稱性。在風扇出風口的P1和P7也存在類似的不對稱，但差距不明顯。上文提到，冷卻風扇有兩個明顯的設計特點：被外邊框切割的不完整進風口和下游靜葉支撐上攜帶的電源線。前者會引起不必要的進氣畸變，但其屬于對稱結(jié)構(gòu)；后者會與動葉片發(fā)生干涉形成額外的噪聲[6]，造成該不對稱性的原因很可能來自于此。改變下游靜葉支撐上的電源線所處位置，將其從原型冷卻風扇的靜葉1位置調(diào)整到圖5b所示的靜葉2位置上。圖5原型機總聲壓級極坐標圖和兩種電源排線排線2對應P3和P5的窄帶譜如圖6所示。與圖4中P3和P5窄帶譜對比發(fā)現(xiàn)，改變電源線位置后，P3的前兩階BPF噪聲幅值增加而三階BPF降低，P5的前三階BPF幅值均減小，二階和三階BPF峰值不再突出。分別計算P3和P5的噪聲總聲壓級，原型機P3和P5處總聲壓級分別是75.9dB(A)和78.7dB(A)，而排線2對應P3和P5處總聲壓級則變?yōu)?8.6dB(A)和75.7dB(A)，電源線所處方向的噪聲聲壓級更大。P1和P7也有類似變化但變化值較校因此，P3和P5的頻譜特征

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于聲模態(tài)的壓氣機/風扇氣路故障診斷[J]. 程禮,楊武奎,梁濤,文璧,姚東野.  機械工程學報. 2019(13)
[2]轉(zhuǎn)子葉柵非同步振蕩發(fā)聲特性研究[J]. 周迪,王曉宇,陳俊,洪志亮,孫曉峰.  航空學報. 2015(03)
[3]軸流風扇/壓氣機管道周向聲模態(tài)的測量[J]. 王良鋒,喬渭陽,紀良,余索遠.  航空動力學報. 2014(04)



本文編號：3275990