中国报告大厅网讯，在2025年，随着科技的不断进步，浴室暖风机行业也在持续发展。多翼离心式浴室暖风机凭借其独特的性能，在市场中占据了重要地位。然而，其气动性能和噪声问题一直是行业关注的焦点。对这一领域的深入研究，有助于提升产品性能，满足消费者对舒适、安静沐浴环境的需求。

  一、浴室暖风机系统模型概述

  以某典型浴室暖风机系统中的离心风机为研究对象，其三维模型清晰展示了各部分结构。该离心风机叶轮采用多翼离心前向叶片，叶轮内径D1为 70mm，叶轮外径D0为 90mm，叶片数为 45 片，叶轮进口角β1A为 103°，叶轮出口角β2A为 28°，蜗舌间隙 C 为 8mm。整个系统包含蜗壳、叶轮、隔板以及出口段等部分，各部分协同工作，实现浴室暖风机的功能。

  二、浴室暖风机数值模拟方法

  (一)网格划分

  《2025-2030年全球及中国浴室暖风机行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，浴室暖风机的离心风机计算域分为进口延长段、集流器、叶轮、蜗壳和出口段 5 个主要部分。在网格划分时，叶轮、蜗壳和进口延长段采用结构网格，集流器和出口段采用非结构网格，同时对旋转叶轮内部、蜗舌壁面附近的网格节点进行加密。通过网格无关性分析发现，当网格单元大于 840 万时，进出口压差变化小于 1%，因此后续计算选定该网格数。

  (二)边界条件设定及计算求解

  风机工作在额定工况下，由于马赫数低于 0.3，气流视为不可压缩流动。入口设为压力入口，出口设为质量流量出口，叶轮以风机轴心为旋转轴。定常计算采用 SST 湍流模型，压力 - 速度耦合项采用 SIMPLE 算法，初始边界条件设置为速度入口，静压出口，模型采用无滑移壁面多重参考系 MRF 模型。流场稳定后，将稳态结果作为非定常计算的初值。非定常计算采用离散涡模型(DES)，压力 - 速度耦合采用 PISO 方法，压力项、动量项、湍动能及湍流耗散率项的离散都采用二阶迎风格式，时间项离散采用二阶隐式格式。监测的最大频率设置为 10000Hz，根据奈奎斯特定理，非定常计算时设置时间步长，风机转速设置为 1161r/min，叶轮旋转 1r 所需步数为 1034 步，最大迭代步数设置为 15 步。

  三、浴室暖风机流场计算结果分析

  (一)稳态数值模拟结果

  计算得出该浴室暖风机离心风机的全压为 10Pa。从流场截面图分析，在接近蜗舌处的叶轮内部发生回流现象，这是由于叶轮内部压差使高压区气流流向低压区，压力波动成为噪声源。蜗舌和叶轮间流道过窄加剧了回流趋势。在蜗壳弯折设计处，气流撞击壁面滞留旋涡，加强了振动噪声。在风机进流区域，叶片尖端因叶片圆弧曲率大、径向流速和气流角小产生旋涡。在出口段，气流撞击凸起壁面产生旋涡，形成三角区回流和低速区，降低了风机流量性能和能量利用效率，加强了涡流噪声。同时，出口段隔板上声功率级较为集中，说明现有隔板设计会导致较高声压产生。

  (二)瞬态数值模拟结果

  为了解多翼离心风机运转时内部流场的静压波动，在截面 S1 上设置不同监测点。监测结果显示，蜗舌和叶轮间隙处的监测点 P1 波动频率和振幅明显高于其他出口点，这是由于湍流周期性通过该间隙，加剧气流不均匀性导致脱流，产生高噪声。进口点 P5 压力脉动振幅异常高，是因为蜗舌间隙设置不合理导致流动分离，使接近蜗舌区域叶轮内外流动形态复杂。通过分析还发现，离心风机的吸力面振幅大于压力面，说明叶片吸力面是叶轮内部主要噪声源。风机远场噪声采用 FW - H 方法模拟，在 5 号测点处的声压频谱图中，对应声压级 SPL 在 900Hz 出现峰值，计算得到基频为 870Hz，风机旋转离散噪声特征明显。

  四、浴室暖风机噪声特性改进

  (一)优化方案

  叶轮参数优化：离心风机的旋转离散噪声主要来自叶片旋转对空气的周期性打击。通过单因素分析法选取不同叶片数试算优化叶轮参数。对比发现，在相同流量下，当叶片进口角为 110°、出口角为 30°、叶片数为 49 片时，静压性能最佳。采用新叶轮方案后，入流攻角减小，减缓了叶片流道中的分离涡，扩大了叶道正常通流范围，接近蜗舌区域的叶间旋涡变小，有助于减小涡流噪声，10 个测点的远场噪声平均声压级降低了 1.50dB。

  蜗壳和出口段优化：由于蜗壳和出口段处弯折段设计导致回流和涡流噪声，将增大蜗舌间隙、消除弯折段和加长隔板长度定为方案 2。优化后，出口段流线更整齐有序，减少了紊乱旋涡，流动稳定性增加，更多机械能转化为气体动能，流动性能更佳。方案 2 与原始风机相比，各部位声压级均匀降低，平均声压级降低了 2.80dB。

  (二)优化方案结果分析

  将叶轮优化后与方案 1 提出的蜗壳和出口段设计组合，得到优化模型。从出口面湍动能 TKE 分布图看，优化后消除了风机出口大部分高湍动能区域，运行过程能量损耗明显降低。在测点 5 的 A 加权声压级频谱中，优化模型在 1kHz 附近声压级降低，处于基频附近，说明叶轮优化降低了旋转噪声，高频范围声压级降低与蜗壳和出口段结构改进有关。不过，原始风机在相对大流量120m3/h情况下效率为 15.6%，优化后因增加蜗舌间隙使泄漏流增加，效率降低为 14.0%。

  (三)试验验证

  在半消声室对优化前后的浴室暖风机模型开展噪声测试试验。测试环境和条件符合相关标准要求，测点布置按规定进行。优化前后的模拟值和试验值对比显示，流量为170m3/h时，模拟得到的平均声压级 SPL 同试验值相比误差均在3% 以内。优化后的风机10个测点的声压级平均值由48.57dB 降低到 45.46dB，降低了 3.11dB，降幅达到6.4%，证明了优化方案的有效性。

  总结

  2025年，针对浴室暖风机中多翼离心风机的研究取得了显著成果。原始风机模型存在诸多问题，如叶轮叶片圆弧曲率大导致流动分离和回流，产生偶极子噪声和旋转噪声;出口段隔板设置不合理导致宽频噪声较大。通过对叶轮叶片数、进口角、出口角的调整，有效降低了叶片流道间的入流攻角，减轻了叶片尖部流动分离，降低了旋转噪声。对蜗壳结构、出口段弯折和隔板长度的改进，显著提升了流场性能，降低了宽频噪声。优化后的浴室暖风机具备更好的流场特性，能有效降低全频段声压级。试验结果进一步证明，优化模型平均声压级下降了 3.11dB，降幅达 6.4%，降噪效果显著，为浴室暖风机行业技术发展提供了有力支撑，有助于提升产品竞争力，满足消费者对高品质沐浴体验的需求。