苍鹰翼尾缘结构的单元仿生叶片降噪机理研究

利用逆向工程方法提取苍鹰尾缘非光滑形态的降噪特征元素,由此建立了仿生叶片结构模型;采用基于Smagorinsky亚格子应力模型的大涡模拟,结合基于Lighthill声类比的FW-H方程,分别对仿生尾缘锯齿叶片和标准叶片的流道模型进行了三维流场及声场的数值计算;通过分析仿生齿形结构对叶尾迹流场的影响,研究了仿生尾缘齿形结构的气流噪声控制机理.结果表明:仿生尾缘锯齿结构叶片的总A计权声压级比标准叶片降低了9.8dB;叶片尾缘锯齿结构可以改变流场噪声峰值的分布规律,从而降低了噪声峰值,且大部分频率范围内的气动噪声均有所降低;仿生尾缘锯齿结构可以改变各截面尾迹涡的脱落位置,从而增大了涡心之间的距离,抑制了脱落涡对尾迹流动的扰动,进而减小了叶片表面的非定常压力脉动和尾迹涡引起的气动噪声.     

矿用对旋式局部通风机仿鸮叶片降噪性能研究

局部通风机在工作时,由于叶片的高速旋转产生强烈的气动噪声,为了研究仿生叶片对通风机气动性能和气动噪声的影响规律,借鉴鸮翼后缘锯齿形态和前缘非光滑形态的降噪性能,针对一台矿用对旋式局部通风机的前级叶轮进行叶片仿生结构设计,分别设计了锯齿状后缘、圆齿状前缘和锯齿状后缘加圆齿状前缘3种叶片仿生结构。在保证不显著降低对旋式局部通风机气动性能的情况下,应用大涡模拟方法和FW-H方程,对比分析了风机在相同流量下分别采用原始叶片和3种仿生叶片的气动噪声性能。结果表明:3种仿生叶片与原始叶片相比均具有一定程度的降噪效果,而锯齿状后缘加圆齿状前缘的仿生叶片结构比单纯采用锯齿状后缘或圆齿状前缘的仿生叶片结构具有更显著的降噪效果。     

单圆弧等厚叶片前后缘多元耦合仿生设计及降噪机理研究

采用计算流体力学(CFD)方法和实验测量方法分别研究了多元耦合仿生叶片的降噪机理及其对多翼离心风机气动性能和噪声特性的影响。基于逆向工程设计方法,通过提取苍鹰翼翅前后缘典型结构特征,设计了一种前缘波形结构耦合尾缘齿形结构的仿生叶片,同时对仿生叶片和多翼离心风机用单圆弧等厚度叶片的气动性能及流动和噪声特性进行了数值分析,通过比较揭示了多元耦合仿生叶片的降噪机理,得到仿生叶片尾缘的齿形结构可改变叶片尾缘脱落涡结构和频率、前缘的非光滑波形结构可减小叶片表面脉动以及气流对叶片前缘的冲击等结果。相对于原型叶片,仿生叶片的基频和倍频均有所下降,仿生叶片的A计权声压级降低了2.1dB。6种仿生叶片应用于多翼离心风机的实验研究表明:仿生叶片前后缘结构设计参数会影响多翼离心风机的风量、风压和噪声;采用多元耦合仿生叶片,风机噪声最大下降1.5dB,而风机的风量和风压基本不变。     

叶尖小翼对轴流风机气动性能及噪声特性影响的数值研究

为了控制轴流风机叶顶泄漏流造成的气动损失和噪声,在轴流风机叶片顶部添加了融合式叶尖小翼结构,并对风机的气动性能及噪声特性进行了数值研究。采用大涡模拟结合声类比方程的数值方法,研究了叶尖小翼对轴流风机流场和声场的影响。通过对风机叶尖流场和声场进行分析,对比不同外倾角的融合式叶尖小翼周围的涡场结构以及表面声压脉动,分析了不同外倾角小翼对叶尖泄漏流的控制作用以及叶尖小翼对风机气动性能和噪声特性产生的影响。结果显示:叶尖小翼结构可以有效抑制叶尖泄漏涡以及叶尖分离涡的发展,降低轴流风机的气动噪声,提高轴流风机静压效率;使用20°外倾角的叶尖小翼,风机静压效率提高了1.1%,噪声降低了5.0dB;叶尖泄漏流造成的气动噪声主要是宽频噪声,叶尖小翼可以明显降低轴流风机的宽频噪声;通过优化叶尖小翼的外倾角可以在不损害风机气动性能的同时实现较好的降噪效果。     

采用仿鲤科鱼C型启动构型叶片的多翼离心风机气动性能研究

受鲤科鱼类C型启动逃逸反应时高效率游动姿态及其周围涡流特征的启发,进行叶片仿生设计,以提升多翼离心风机的气动性能。首先,采用逆向工程方法获取了鲤科鱼C型启动姿态时鱼体中心线方程和水平剖面轮廓线方程,以C型启动时鱼体中弧线为基准,设计了仿生等厚叶片。其次,通过多翼离心风机气动性能数值计算和实验测试,得到了具有最佳进口安装角的仿生等厚叶片(O-BETB),采用O-BETB的多翼离心风机的风量增加了6.8%,噪声下降了0.5 dB(A)。最后,将仿生重构的鱼体流线型轮廓与O-BETB相耦合,得到仿生耦合叶片(CBB),以进一步提高多翼离心风机气动性能。结果表明：当采用CBB时,多翼离心风机的风量增大了8.3%,噪声下降了1.1 dB(A)。基于流场分析,发现具有仿生中弧线和鱼体轮廓特征的耦合叶片在前缘进口角及叶片型线具有更好的引流导向作用,叶间流道的低速分离旋涡明显小于另外两种叶轮;叶片尾缘的尾迹涡脱落引起气流不均匀性程度也最弱,有效缓解了尾流与蜗舌、蜗壳之间的非定常相互作用。通过多翼离心风机声场特性的分析,发现多翼离心风机的气动噪声主要集中在中低频段。CBB的采用,叶轮通道内分离涡被抑制,...     

采用仿鸮翼叶片降低空调用离心风机气动噪声的研究

基于逆向工程设计方法,提取具有优良气动性能和低噪声特性的长耳鸮翅膀展向40%截面位置处的翼型进行仿生重构,并将其应用于窗式空调用离心风机叶片的叶型改进中。采用数值计算方法研究了仿鸮翼翼型叶片4种不同中弧线分布方式的降噪效果,对最优设计风机的气动性能和噪声进行了试验验证。与原型相比,仿生翼型叶片按照单圆弧中弧线分布设计的离心风机降噪效果最好,在风量基本保持不变的同时风机噪声下降了1.3dB。风机内部流动及其噪声特性的数值模拟结果表明:仿鸮翼叶片的应用可减少叶轮流道内的低速分离区域,有效抑制通道内旋涡流的产生和发展,同时减弱叶轮与蜗舌间周期性的非定常相互作用,降低叶片前缘区域和蜗舌区域的压力脉动,从而有效降低空调用离心风机产生的气动噪声。     

叶尖间隙对风机噪声影响的试验研究

本文通过对轴流风机在不同叶尖间隙下进行的试验研究,探讨了叶尖间隙对风机噪声的影响,进而研究在叶片外缘加旋转环控制间隙涡流的效果,结果表明,相同间隙条件加环风机与不加环风机相比噪声降低,性能改善。     

采用仿鱼形叶片的多翼离心风机性能研究

受鲹科鱼类机动游动姿态和涡流特征启发,设计了一种仿鲹科鱼体弯曲姿态的多翼离心风机用仿生叶片,采用数值模拟方法,分别研究了常规单圆弧原型叶片和仿鱼形叶片对多翼离心风机气动性能、噪声的影响。通过可视化分析发现,在仿鱼形叶片的叶道内,旋涡强度明显小于原型风机,流场分布更加均匀。仿鱼形叶片的采用有效降低了风机蜗舌处的压力脉动,减弱了叶片与蜗舌之间的非定常相互作用。风机气动噪声计算与分析结果表明,单圆弧原型叶片的风机噪声频率分布于低频声段和中频声段,而仿鱼形叶片的风机噪声频率主要集中在中频声段范围内,这表明两种风机的噪声频率分布规律和噪声传播路径不相同。数值计算结果表明,采用仿鱼形叶片的多翼离心风机气动性能明显得到改善,其中风量增加了12.5%,效率提升了5.65%,同时测点处噪声平均值下降了2.78dB。     

仿鸟翼厚度分布特征叶片的贯流风机气动性能研究

为提升空调器用贯流风机的气动性能,降低风机功耗,受鸟类翼型结构启发,研究了仿生翼型设计对贯流风机气动性能的影响。首先分别提取具有优良气动性能的长耳鸮和海鸥翅膀展向40%处截面翼型进行仿生逆向重构,基于鸟翼厚度分布特征进行贯流风机叶片仿生设计,考虑到叶片强度和工艺条件的影响,针对设计的仿生翼型叶片进行了改型设计并应用于贯流风机中。然后采用数值模拟研究了两种仿鸟翼叶片对贯流风机内流场结构及其气动性能的影响。最后针对贯流风机的气动性能进行实验测量,验证仿生叶片设计对提升贯流风机气动性能的有效性。研究结果表明：两种仿鸟翼叶片前缘形态均能有效抑制叶轮外缘分离涡,减少叶道进口侧阻塞;两种叶片对于内圆周进口侧附面层堆积形成的二次流均有改善作用,低转速下前缘厚度变化剧烈的长耳鸮仿生叶轮表现更明显;两种仿鸟翼叶片均能增强偏心涡强度,使叶片做功能力提升,出口流速增大,叶轮效率提升。选取性能较优的长耳鸮仿生叶轮进行实验研究,与原型机相比,不同工况下采用长耳鸮仿生叶轮的整机的加权风量提升29.6 m³·h^-1;相同风量条件下,整机功率降低了3.5%。     

低压轴流风机的内部涡流特性及气动噪声

以中央空调中带导风圈的低压轴流风机为研究对象,对其内部涡流特性和气动噪声展开研究。采用大涡模拟计算了均匀进气情况下半管道式低压轴流风机的三维瞬态流场。计算结果表明叶尖涡是其内流场主要特征,叶尖涡的形成、发展和破碎对气动噪声源的分布有重要影响。提取了主要噪声源处的非定常压力脉动进行频谱分析,显示其叶片尾缘处脱落涡频率特征明显。风机的远场噪声采用LES/FW-H声类比方法进行预测,结果表明低压轴流风机的气动噪声以宽频成分的紊流噪声为主,预测的声压级频谱与实验吻合得较好。     

孔型及倾斜角对穿孔叶片气动和噪声特性的影响

针对叶片尾缘穿孔对气动及噪声特性的影响,基于NACA65019叶片,在雷诺数Re=2×105条件下,采用大涡模拟和FW-H方法研究孔型和倾斜角对叶片气动特性、绕流流场和噪声特性的影响规律,并选择降噪效果较好的穿孔模型应用到小型轴流风机上,对穿孔风机进行试验。结果表明：当穿孔倾斜角为30°时,在一定攻角范围内(α≤10°),圆柱型穿孔叶片气动性能最接近原始叶片,并且该穿孔叶片总声压级降低可达9 dB。这是由于穿孔叶片有效抑制了涡量沿叶片表面法向的发展,加速了尾缘涡沿流动方向的能量衰减,且穿孔形成的射流使大尺度的涡破碎形成小尺度的涡,衰减波动力,降低了气动噪声。     

车用爪极发电机的不同部件对气动噪声的影响

为了明确车用爪极发电机在高转速下不同部件对气动噪声的影响，对车用爪极发电机的气动噪声进行了数值模拟研究，并进行了车用爪极发电机的空载声功率实验，验证了数值模拟的准确性；采用有无前后风扇、爪极，采用圆柱包络体代替爪极方案确定各阶次噪声的来源，明确了前后风扇、爪极对不同阶次噪声的贡献水平。结果表明：在高转速下偶极子是主要噪声源类型；前风扇主要影响8,10,12和16阶次气动噪声，去除前风扇12,16阶次噪声分别降低了6.54 dB(A)和9.04 dB(A);后风扇主要影响6,8和10阶次噪声，去除后风扇噪声分别降低了11.75,2.42,7.38 dB(A);有无爪极对气动噪声影响较小，但采用圆柱包络体代替爪极对气流流动会产生影响，使8阶次噪声有一定变化，这也表明前后风扇是气动噪声产生的重要源头。     

考虑轮盖结构及间隙的风机优化设计

风机是传统行业的主要耗能原件.对风机进行优化设计,提升风机的静压效率对于节能环保具有重要的意义.迄今为止风机的优化设计更多聚焦叶轮结构,对于轮盖结构及间隙对风机性能影响的研究却很少.为提高一款工业离心式风机气动性能,通过实验和数值模拟的方法研究了轮盖结构与间隙以及前安装角对风机性能的影响,并对其进行了优化设计.首先,对...     

整体叶盘结构叶片弹性变形规律及其对风扇气动性能的影响

以某先进三级风扇为例,通过三维计算及试验数据分析,对比研究了整体叶盘结构及盘榫结构的不同弹性特征;分析了整体叶盘结构叶片弹性变形角变化量随叶高、相对换算转速变化的特点;阐述了弹性变形角对风扇气动性能的影响;探讨了整体叶盘结构风扇叶片的气动设计方法。试验及三维计算结果表明,整体叶盘结构的弹性变形量小于盘榫结构叶片,弹性变形角随叶高及转速呈非线性变化;应用整体叶盘结构叶片气动设计方法后,在设计转速工作点流量相对增加了1.92%,效率相对提升了0.1%,风扇性能得到明显改善。     

螺旋桨气动/噪声多目标优化设计

针对某大尺寸螺旋桨开展气动/噪声多目标优化设计。基于升力面理论,开展了螺旋桨气动性能计算,通过与试验结果对比,验证了计算结果的准确性;基于Hanson频域远场噪声计算方法,开展了螺旋桨远场噪声评估;以螺旋桨桨叶沿展向分布的弦长、安装角、弯和掠为设计变量,在不改变螺旋桨桨叶数、半径和转速的情况下,以螺旋桨气动性能不降低和远场噪声降噪最大为优化目标,开展螺旋桨的气动与噪声联合优化设计,优化设计结果与高精度算法的计算结果进行了对比验证。优化结果表明,在不降低螺旋桨气动性能的情况下,优化设计的螺旋桨在1阶离散分量处的远场气动噪声降低5dB,2阶和3阶离散分量处也有明显的降噪效果。     

双叉式叶尖结构对风力机气动噪声的影响

为降低风力机的气动噪声,提出一种用于小型风力机的双叉式叶尖结构改型设计方案,在风洞实验室开展了风力机外特性测试与气动噪声试验.试验结果表明:双叉式叶尖结构在3～9m/s的低风速段和中风速段能提高风力机的输出功率;双叉式叶尖结构可降低风力机风轮旋转基频所对应的最大声压级与叶尖涡脱落频率所对应的声压级.由此可知双叉式叶尖结构能有效降低风力机的气动噪声,其中叶尖夹角为90°的双叉式叶尖结构降噪性能最优.     

轴流风扇转子叶片优化设计

针对一通用型轴流风扇的转子叶片,以三维粘性流场的数值计算程序为平台,利用人工神经网络BP算法和遗传算法,通过叶片弯掠技术对叶片的周向弯曲角度进行寻优,以使风扇的性能进一步提高.通过对比优化前、后的叶轮发现,优化之后的叶片形成明显的沿周向顺叶轮旋转方向弯曲.试验结果表明,其全压效率提高了1.27%,全压升提高了3.56%,上、下端部的流动损失进一步降低.     

叶尖结构变化对风力机噪声源分布特性的影响

为探究由水平轴风力机叶尖结构变化所造成的风力机噪声源分布特性的规律,利用圆盘声阵列系统对不同叶尖结构风力机采用近场声全息技术和远场波束形成技术进行噪声源识别.采集得到运行中的水平轴风力机在额定工况下的噪声信号,分析了噪声源声压级变化情况以及风力机噪声声源位置的分布规律.结果 表明:叶尖结构变化可以有效降低风力机的气动噪声,改变了风力机叶尖噪声的强度和产生位置,在一定程度上降低了叶尖噪声.通过对风力机叶尖结构的优化设计可以在不损害风力机气动性能的同时,实现较好的降噪效果.     

叶片几何参数对轴流叶轮气动性能的影响规律研究

轴流叶轮是轴流式风力灭火机的关键灭火部件,轴流叶轮叶片的安装角度和叶片数是影响轴流式灭火风机气动性能的重要因素,通过对比5种轴流式灭火风机的气动性能实验数据进行分析,研究了不同叶片数和叶片角度对轴流式灭火风机气动性能的影响,得出了其性能参数随叶片角度和叶片数改变的变化规律,试验结果表明:轴流叶轮叶片数为6、叶片角度为38°的5号轴流式灭火风机风量最接近设计风量,达到1 400.3 m3/h,轴功率远小于便携式风力灭火机的功率要求,气动性能良好,基本满足灭火风机的气动性能要求。因此应用于轴流式风力灭火机的轴流叶轮叶片数宜取6片,叶片角度宜取38°。