仿鸮翼叶片对轴流风机气动噪声特性的影响研究

基于逆向工程技术提取长耳鸮翅膀沿展向40%位置处的截面型线进行仿生翼型叶片重构,按照型线厚度分布规则应用于轴流风机叶片的改型设计中。由于轴流风机叶片的弯掠变化对风机气动性能有较大的影响,本文以原型风机的中弧线分布为依据,采用鸮翼的厚度分布进行轴流风机叶片的仿生设计。采用大涡模拟方法结合声类比FW-H方程的求解,对轴流风机的气动性能和噪声进行了数值模拟计算,并与原型风机性能进行比较,揭示了仿生叶片对轴流风机气动性能和噪声的影响。研究结果表明:仿生翼型既能保证轴流风机的气动性能,又能在一定程度上降低轴流风机的气动噪声。仿鸮翼叶片特殊的厚度分布有效降低了叶片表面的非定常压力作用和叶片表面的声压脉动强度。从获得的轴流风机的气动噪声频谱图可以看出:采用仿鸮翼叶片能够降低轴流风机中低频区域的宽频段噪声和离散噪声。     

叶片尾缘凹陷结构对空调用轴流风机性能的影响

根据建立的窗式空调用室外机的数值仿真模型,首先对室外轴流风机的风量-静压特性进行数值研究,通过与实验测量的比较,验证了本文数值计算的有效性。考虑到轴流风机降噪的要求,本文研究了两种叶片尾缘凹陷结构对轴流风机气动性能和噪声的影响。进一步考虑到轴流风机风量的提升要求,考察了叶片高度变化对轴流风机风量和噪声的影响。研究结果表明,轴流叶片尾缘的凹陷可以改善叶片表面压力分布,减小叶轮叶片尾迹,降低室外风机气动噪声。在不同转速下对空调用室外轴流风机的风量和噪声进行测量,发现在小风量条件下采用叶片尾缘凹陷结构可降低风机噪音1.0d B以上;在大风量条件下,采用叶片尾缘凹陷结构,降噪效果有所下降。如果保持叶轮转速和半径不变,在可装配条件下,叶片高度从58mm增加到79mm,空调用室外轴流风机的风量较原型增加了75m~3/h,增幅达15.5%。     

离心叶轮降噪试验研究

针对某一应用在CT机上的散热离心叶轮,使用叶片尾缘锯齿结构和不等距排列叶片叶轮进行降噪试验研究,两改进叶轮的气动性能和噪声特性与原叶轮进行比较分析。试验结果表明,使用叶片尾缘锯齿结构的叶轮在整个风机工况范围内气动性能基本保持不变,降噪效果明显;使用不等距排列叶片叶轮噪声只在高效区下降明显,在偏工况下,噪声甚至有所升高,气动性能也相应的变差,主要原因是由于不相等的叶片栅距导致相邻叶片的环流相互影响,致使气流在流道中的流动变差。对叶轮降噪研究中既要保证取得最大的声学效益,又要兼顾风机的气动性能不能有较大降低。     

不同尾缘齿型结构的海鸥翼型气动声学研究

本文提取具有优良气动性能的海鸥翼型对其尾缘进行仿生重构以降低气动噪声。采用大涡模拟（LES）进行三维瞬态流场计算，结合Ffowcs Williams和Hawkings发展的FW-H方法进行远场声学求解。系统研究了雷诺数为9.0×104，攻角为0°条件下,基于仿海鸥翅膀翼型的常规尾缘锯齿翼型、正弦型尾缘锯齿翼型及熨斗型尾缘锯齿翼型的气动噪声特性。研究结果表明：与原型翼型相比，常规尾缘锯齿翼型的升阻比损失最小，熨斗型尾缘锯齿翼型的升阻比损失最大。正弦型尾缘锯齿翼型的远场降噪效果最好，平均降噪幅度为5.72dB。与其他两种齿型结构相比，正弦型尾缘锯齿翼型能更有效地减小湍流宽频噪声和翼型表面的压力脉动，使整体旋涡脱落噪声明显下降。而熨斗型尾缘锯齿翼型在减小涡结构展向相关性的同时加剧了纵向空间涡结构的脱落，使整体声压级降低幅度最小。     

叶片数对轴流风机气动性能影响的数值研究

叶片数量是影响风机气动性能与经济性的重要因素。本文针对空调器室外机用轴流风机的性能要求，设计了二叶片、三叶片和四叶片轴流风机。采用数值计算方法，研究了叶片数量对轴流风机气动性能的影响。研究结果表明：叶片数量越少，湍流度越大，风机进出口气流扰动加剧，气动涡流噪声也随之增大；二叶片风机由于其叶片数最少，其出口风量相比四叶片风机减少了23.5%，三叶片风机相比四叶片风机其出口风量减少了4.7%。随着叶片数量的减少，尽管风机做功能力有所下降，但叶片用材减少，风机的加工制造成本也相应降低。     

先进翼型与先进翼型风机的设计与实验研究

为了改进和提高轴流风机的性能,用计算流体力学（ＣＦＤ）方法设计了系列风机用翼型,并对其中部分翼型和风机行业原来采用的翼型ＣＬＡＲＫ－Ｙ和ＡＲＦ－６Ｅ在风洞中以及用于风机后在风机试验台上进行了对比试验。试验结果表明,新设计的翼型,气动性能高于原有的冀型,采于新翼型的风机,效率和噪声性能高于原有翼型的风机。     

前向离心风机采用串列叶片叶轮降噪的试验研究

针对T9-19No.4A前向离心风机,使用等距串列叶片叶轮和不等距串列叶片叶轮取代原叶轮进行降噪试验研究,并对使用不同叶轮时风机的气动性能和噪声特性进行了比较分析。试验结果表明:使用等距串列叶片叶轮能够使风机在保持气动性能基本不变的条件下,在风机高效点附近的工况范围内降低前向离心风机的气动噪声,而使用不等距串列叶片叶轮则使风机气动性能和噪声特性均变差,主要原因之一是由于叶轮叶片沿圆周不均匀分布导致叶轮流场沿周向分布不均匀。建议在进一步的改进研究中仍可考虑使用等距串列叶片叶轮而暂不考虑使用不等距串列叶片叶轮。     

仿生非光滑汽车表面的减阻分析

基于计算流体力学数值模拟方法,将非光滑表面应用于汽车。通过仿真实验研究非光滑车身表面气动减阻的可行性,并采用正交试验方法,通过计算汽车的空气阻力系数来分析非光滑单元体的形状、大小,以及分布位置和排列方式对减阻性能的影响,根据分析结果得到了合理且能够减阻的汽车仿生非光滑表面结构。     

高速离心风机前缘倾斜叶片扩压器的降噪机理研究

采用噪声试验及定常和非定常数值模拟方法,研究了一高速离心风机前缘倾斜叶片扩压器的降噪机理。对比研究的两种叶片扩压器为前缘无倾斜和前缘有倾斜的圆弧叶片扩压器。通过研究离心风机叶片扩压器进口斜切对气流脉动压力的影响揭示其降噪机理。结果表明,所研究的150°前缘倾斜扩压器,既提高了风机性能,又有显著降噪效果。所研究高速离心风机,其离散频噪声占主导地位,集中在叶片通过频率及其二次谐波频率处。无倾斜的原始扩压器表面脉动压力主要特征是,波动幅值大,不同几何点之间基本同相位,脉动压力叠加效果显著,所以产生的气动噪声大。150°前缘倾斜扩压器,由于前缘倾斜切割,为叶轮盘侧出来的高速气流留出缓冲空间,在扩压器叶片前缘面上的气流冲击很快衰减,盘侧表面脉动压力幅值大大下降,这是其噪声降低的主要原因。前缘倾斜扩压器,由于前缘倾斜切割,各几何点之间的脉动压力存在相位差,所以叠加效果不明显,这是其气动噪声下降的次要原因。     

多翼离心风机叶片的结构改型设计与试验研究

为了研究翼型叶片结构参数对多翼离心风机性能的影响,本文以某家用抽油烟机为研究对象,结合数值模拟和实验测量的方法,通过改变叶片弦长和相对弯度,对原风机进行改型设计。研究结果表明,适当增大叶片弦长和相对弯度,有利于提高翼型升阻比,减小蜗壳内旋涡区域。分析改进前后风机气动性能和噪声测试结果可知,叶片改型后风机性能得到明显提升,变弦长处理和变弯度处理后风机最大全压效率分别提高4%和5%,低频段平均降噪5.5dB和4.8dB。     

采用附加导叶的低压轴流风机气动噪声试验研究

在分析低压轴流风机气动噪声源及其理论模型的基础上，提出了在风机工作轮叶尖与沿叶高上、中、下后缘处设置附加导叶装置的方案，以控制叶尖间隙噪声与沿叶高各基元时栅叶片上尾缘脱落涡的湍流噪声。试验风机对比试验结果表明，采用这种附加导叶的低压轴流风机，与不带附加导叶的同类风机相比，气动噪声有明显的降低，测试值与湍流模型吻合较好；改善了叶面流速分布，提高了风机效率。     

不同进口角度面板对贯流风幕机内流与噪声特性的影响

针对风幕机用贯流风机的降噪问题,采用了数值模拟与噪声试验结合的方法对其进行研究。将风机气动噪声作为优化目标,通过调整贯流风机进口面板的结构参数,改善贯流风机内部流动特性,达到降低气动噪声的目的。对4种不同进口面板结构的贯流风机,建立了三维CFD模型,模拟内部流动,分析其内流特性变化。在消声室进行噪声试验、在设计工况下,测试不同进口面板风机噪声,分析噪声频谱特性,探究进口面板改变所导致的内流与噪声频谱特性之间的关系。研究结果表明,在特定转速下,进口结构参数的改变会影响贯流风机进口回流涡的强度和范围,从而影响气动性能与噪声。模型B气动性能提升,流量提升1.5%,全压提升3%。模型C降噪效果明显,噪声降低3.3 dB(A)。     

轴流通风机的降噪试验研究

利用风管式试验装置测试风机几何参数、气动参数等对噪声的影响,研究轴流式通风机降噪的方法.首先介绍了试验方法和试验设备以及试验数据处理和误差分析.接着,介绍轴流式通风机噪声产生机理和通风机噪声分类.为了分析噪声产生的因素,设计了四组对比试验,并对每组试验进行总结,为设计新型低噪高效轴流风机提供可靠依据.最后得出了降低轴流式通风机噪声的途径和措施.     

采用进气端叶片开槽降低多翼离心风机气动噪声的研究

叶轮是空调用离心风机风道系统的核心部分,对离心风机的气动性能和噪声有重要影响。本文设计了一种顶端开槽的多翼离心风机叶片,采用数值计算方法研究了叶片进气端开槽对空调用多翼离心风机气动性能和噪声的影响,通过实验测试验证了进气端开槽叶片的降噪效果。结果表明:采用叶片进气端开槽结构能够改善叶轮顶端间隙区域内低速流动状态,抑制叶轮通道内旋涡的扩展,有效降低风机宽频噪声。与原型多翼离心风机相比,采用叶片进气端开槽结构,在保持风量基本不变情况下,风机噪声下降了0.8dB。     

凹坑叶片对前置机架轴流风机的性能影响研究

受高尔夫球表面凹坑减阻设计启发，本文研究了在风机叶片表面制造小凹坑来提高风机的气动性能。本研究通过数值计算和实验测试对比了原型叶片和凹坑叶片对8038前置电机架轴流风机的气动性能的影响。数值结果表明：前置电机架使得叶轮流道速度分布不均匀，气流在电机架后形成速度亏损并形成大尺度旋涡。风机出口处的压力脉动主频为风机的叶频。凹坑叶片明显改善了流道内速度梯度分布，减小了前置电机架绕流旋涡的尺度以及风机出口处压力脉动幅值。实验测试凹坑叶片风机最大流量提高了3.2%，最大压力提高了1.4%，在失速点最大压力提高了8.3%，噪声降低了0.5dB(A)，性能提升效果明显，该研究为轴流风机的优化设计提供了参考。     

扩压器扩压角度对轴流风机噪音的影响

针对某大型轴流风机噪声高的问题，提出了一种通过改进圆锥形扩压器角度设计，以此来降低风机气动噪音的数值模拟分析方法。首先，以某蒸发空调用轴流风机为研究对象，利用风洞实验台和声学实验室，分别测试了该风机的性能及其噪音特性；然后，基于LES方法和FW-H方程相结合的声类比方法，采用Fluent对其进行了模拟计算，并将结果与风机的流动和声场实验结果进行了对比验证；最后，利用数值模拟的方法，分析了3种圆锥形扩压器扩压角度(8°、9°、10°)对风机静压恢复系数和噪声频谱的影响。研究结果表明：(1)3种不同扩压角度的扩压器均能降低风机的气动噪声；(2)当扩压角为9°时，风机出口处的旋涡明显减小，静压恢复系数最大为0.654,且与无扩压器相比，人耳最敏感区域2 000 Hz～4 000 Hz的噪声降低幅度最大，可降低4.7%。该研究可为该类轴流风机的降噪提供参考。     

正弦波形前缘叶片气动噪声特性的数值研究

受猫头鹰翅膀前缘锯齿和座头鲸鳍肢前缘凸起的启发,本文在NACA0018翼型的基础上,设计出单波长和双波长叠加前缘仿生结构,通过数值方法研究仿生翼型的噪声辐射特性。结果表明:在0°攻角均匀来流下,仿生翼型翼面上的压力脉动整体上有明显降低,幅值最大减小50 Pa,且主峰频率值发生频移,仿生翼型改变了原始翼型的流场和涡脱落结构;正弦波形前缘叶片声压级随着相对振幅h/C的增大而减小,随着相对波长λ/C的减小而减小;仿生结构可以抑制叶片窄带尖峰噪声,使翼型在整个频率范围内表现出宽频特性;低频下,仿生翼型声压级与原型相差最大,降噪效果最好,翼型声源为典型偶极子源噪声,其声学指向性呈"8"字状,该特征随声辐射的频率增大而消失。综合分析后,叠加波形前缘叶片F声学性能最佳。     

旋转导叶风机试验研究

本文根据叶轮机械叶片绕流控制气动理论气附面层理论,研制了所谓旋转导叶风机。对比试验研究表明,和不带附加导叶的同一台风机相比,旋转导叶风机的效率、噪声、工况范围等技术指标都有较好的改善与提高。试验风机的气动性能试验和内部流场可视化与出口流速分布试验的结果彼此吻合。     

雷达天线系统离心风机气动噪声研究

基于FW-H方程,对离心风机进行气动声学理论分析,结合噪声测试方法,对某雷达天线系统进行噪声试验研究分析。测试数据表明,噪声和振动加速度频谱图分布较为接近,噪声振动能量峰值频率均为离心风机叶片基频的倍频,即雷达天线系统噪声主要来源于离心风机的气动噪声。通过改变均热板上翅片与风机叶片边缘的间距和调节风机转速,对单个离心风机开展噪声试验研究。由实验结果可知,随着间距增大,其噪声值降低,且噪声能量逐渐集中分布在低频区域;离心风机噪声值随着其转速增大而增加,不同工况下离心风机噪声能量均在其叶片基频的二倍频处最大。噪声试验获得的不同工况下离心风机噪声云图可为雷达天线系统均热板的结构优化设计提供试验和理论依据。     

前弯前掠低噪声纺织轴流通风机的优化设计

从提高纺织轴流通风机效率、降低风机气动噪声的目标出发,采用叶片前弯前掠技术,在叶轮叶片的重心线上各基元截面采用高效翼型的最优化流型成型。应用叶片前弯前掠和最优流型相结合的技术研制开发了JYFZ新型纺织轴流通风机,并与目前纺织行业应用量较大的FZ40(35)-11/12型纺织轴流通风机进行了对比性能测试。结果表明,JYFZ型纺织轴流风机具有效率高、噪声低、质量轻、结构简单及工作区域宽广等特点。