發(fā)布時(shí)間：2021-10-18 09:39

　　軸流式散熱風(fēng)扇廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及人們的日常生活中,風(fēng)扇在運(yùn)行過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生噪聲,其中氣動(dòng)噪聲占主要成分,如何降低風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲引起了眾多學(xué)者的注意。隨著仿生學(xué)的發(fā)展,運(yùn)用仿生學(xué)思想降低風(fēng)扇運(yùn)行過程中的氣動(dòng)噪聲問題,是近年來的研究熱點(diǎn)。本文基于仿生學(xué)流動(dòng)控制理論,對(duì)NACA0012翼型進(jìn)行仿生學(xué)設(shè)計(jì),通過數(shù)值模擬及試驗(yàn)等研究方法,探索仿生葉片的降噪性能及降噪機(jī)理,主要研究工作如下:（1）闡述國(guó)內(nèi)外關(guān)于風(fēng)扇葉片降噪研究現(xiàn)狀,對(duì)比傳統(tǒng)降噪措施以及仿生學(xué)降噪方法的優(yōu)劣。得出仿生降噪方法相比較傳統(tǒng)降噪方法在降噪能力以及未來發(fā)展方面都具有巨大優(yōu)勢(shì)。前緣波狀以及尾緣鋸齒結(jié)構(gòu)的仿生葉片具有良好的降噪能力,以及較大的發(fā)展?jié)摿�。確定本文所研究的仿生葉片結(jié)構(gòu)為前緣波狀尾緣鋸齒結(jié)構(gòu)。（2）闡述翼型葉片數(shù)值模擬方法,確定本文對(duì)翼型葉片氣動(dòng)噪聲的數(shù)值模擬方法為大渦模擬結(jié)合FW-H聲類比模擬。選擇NACA0012為本文數(shù)值模擬的葉片,確定葉片數(shù)值模擬計(jì)算域并劃分四種不同網(wǎng)格數(shù)量的網(wǎng)格,通過網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)最終確定464萬網(wǎng)格數(shù)量為本文數(shù)值模擬的網(wǎng)格數(shù)量。通過數(shù)值模擬分析研究NACA0012翼型噪聲產(chǎn)生機(jī)理,結(jié)... 

【文章來源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鯨魚鰭狀肢前緣波狀突起結(jié)構(gòu)[39]

7或飛行無聲理論的研究，得出其減阻降噪規(guī)律，并將其應(yīng)用在風(fēng)機(jī)葉片及翼型上設(shè)計(jì)出仿生葉片從而上實(shí)現(xiàn)降噪。Klan等[36]通過直接掃描貓頭鷹翅膀得到其三維模型如圖1.1所示，由此擬合出葉片各個(gè)截面的輪廓，并模仿貓頭鷹翅膀表面絨毛結(jié)構(gòu)在光滑葉片表面施加同樣的結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)建出一款仿生葉片，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，仿生葉片在高雷諾數(shù)中等迎角工況下的分離渦強(qiáng)度顯著下降，表面絨毛結(jié)構(gòu)的存在增加了葉片表面粗糙度，提高了邊界層的轉(zhuǎn)捩，也減小了渦流的尺寸和間隔。對(duì)于仿生降噪風(fēng)扇葉片，目前研究主要集中在波狀前緣，鋸齒狀尾緣，以及風(fēng)扇葉片表面非光滑結(jié)構(gòu)等方面。（1）波狀前緣及鋸齒狀尾緣結(jié)構(gòu)在降低風(fēng)機(jī)噪聲方面的應(yīng)用前緣波狀結(jié)構(gòu)主要仿生思想來源于座頭鯨的鰭狀肢，座頭鯨的鰭狀肢前緣具有較大的結(jié)節(jié)狀如圖1.2所示。跟據(jù)座頭鯨前緣鰭肢波狀突起，Rostamzadeh等[37]對(duì)NACA0021翼型葉片前緣設(shè)計(jì)為波狀結(jié)構(gòu)(圖1.3)，通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究仿生前緣波狀葉片的氣動(dòng)性能，結(jié)果表明，前緣波狀結(jié)構(gòu)可以有效阻止大攻角下的失速，但并沒有發(fā)現(xiàn)能夠提高其升比。國(guó)內(nèi)學(xué)者[38]根據(jù)座頭鯨的鰭狀肢結(jié)構(gòu)以及鳥類翅膀尾緣，魚鰭邊緣的鋸齒形結(jié)構(gòu)對(duì)軸流式風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行仿生改進(jìn)；設(shè)計(jì)出仿生鋸齒型葉片邊緣結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)葉片；并通過理論分析和試驗(yàn)的方法，證實(shí)了仿生結(jié)構(gòu)的降噪性能。（a）（b）圖1.1仿貓頭鷹葉片構(gòu)建[40]（a）貓頭鷹翅膀；（b）貓頭鷹翅膀三維掃描結(jié)果圖1.2鯨魚鰭狀肢前緣波狀突起結(jié)構(gòu)[39]

8圖1.3仿座頭鯨鰭肢前緣波狀結(jié)構(gòu)翼型葉片[42]R.E.Longhouse[40]分別在風(fēng)扇葉片吸力面的不同位置設(shè)置了仿生鋸齒結(jié)構(gòu)，通過試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，仿生鋸齒結(jié)構(gòu)能夠有效降低渦脫落噪聲，但不同位置的仿生鋸齒結(jié)構(gòu)，對(duì)風(fēng)扇性能有不同的影響，其中位于中緣處的鋸齒能夠提高風(fēng)扇效率約3%左右，而尾緣、前緣和后緣處的仿生鋸齒結(jié)構(gòu)則會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)性能降低。FlorianZenger等[41]人按照葉片元素理論(baldeelementtheory)設(shè)計(jì)一款風(fēng)扇，在前緣做出正弦曲線，其波長(zhǎng)與幅值隨弦長(zhǎng)增加而增加，幅值為弦長(zhǎng)5%（如圖1.4）。分別在進(jìn)氣口添加湍流發(fā)生器，與未添加湍流發(fā)生器對(duì)比，發(fā)現(xiàn)與直前緣相比波狀前緣氣動(dòng)性能略有降低。在湍流情況下，前緣波狀葉片與直前緣相比平均總聲壓級(jí)降低大約1dB。在自由來流情況下，平均總聲壓級(jí)的變化與湍流情況相比轉(zhuǎn)向高流量區(qū)，且聲壓級(jí)最大變化達(dá)1.8dB。通過聲譜研究發(fā)現(xiàn)，低頻寬頻噪聲有所降低。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)與直前緣相比，波狀前緣能降低葉片所受的不穩(wěn)定力至更低的值。在仿生耦合方面應(yīng)用方面的研究，國(guó)內(nèi)學(xué)者[42]基對(duì)長(zhǎng)耳鸮的體表形態(tài)特征進(jìn)行提取，并基于工程仿生學(xué)的基本方法將長(zhǎng)耳鸮的仿生耦合特征應(yīng)用于風(fēng)機(jī)葉片，通過研究仿生耦合葉片氣動(dòng)及噪聲性能，證實(shí)了仿生耦合尾緣鋸齒葉片風(fēng)扇具有減阻降噪的功能。對(duì)仿生風(fēng)扇試驗(yàn)研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者[43]通過控制風(fēng)扇葉片前緣引導(dǎo)線的線型，設(shè)計(jì)了前緣引導(dǎo)線為圓弧，尾緣引導(dǎo)線各不相同的風(fēng)尚葉片，尾緣引導(dǎo)線分別為圓虎直線和折線。結(jié)果表明，在試驗(yàn)研究工況下下，仿生風(fēng)機(jī)均體現(xiàn)了優(yōu)異的聲學(xué)性能，其中，前緣、尾緣引導(dǎo)線均為樣條曲線的仿生風(fēng)機(jī)在試驗(yàn)工況下具有最為顯著的低噪聲性能，與葉片相對(duì)較大的原型風(fēng)機(jī)相比，其氣動(dòng)噪聲降低效果明顯。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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