[发明专利]一种低噪声轴流风机复合仿生翼型叶片

说明书

一种低噪声轴流风机复合仿生翼型叶片属流体机械叶片设计及流动控制技术领域，本发明提出的复合仿生翼型叶片设计所用的翼型为NACA 6405翼型的修改翼型，由多个仿生单元在空间连接而成，该叶片具有周期性内凹前缘、尖齿结构尾缘和脊状结构表面特征，叶片的压力面和吸力面均为多段曲面构成的空间曲面，两条脊线所在截面的中间部位为一个仿生单元，脊线中间部位的宽度和厚度均比该仿生单元两脊线位置小。本发明对层流边界层或湍流边界层的时空演化过程均可有效的控制，对雷诺数有较低的敏感性，可使轴流风机在全工况下均具有良好的气动性能和声学性能。

技术领域

本发明属流体机械叶片设计及流动控制技术领域，具体涉及一种低噪声轴流风机复合仿生翼型叶片。

背景技术

噪声污染不仅影响人们的正常休息、学习及工作，而且还会严重危害人体健康，如诱发心脏病、高血压等疾病，并对社会经济产生严重的负面影响。机翼型轴流风机是工业生产和日常生活中常用的流体机械，在高速运转下，其气动噪声已经远远超过机械噪声，在总噪声中占主导地位。降低机翼型轴流风机的气动噪声，一直是国内外研究普遍关注的重要课题。

流动控制是流体力学的前沿领域之一，与仿生学的碰撞催生了流动控制领域的一个重要研究分支——仿生流动控制，即通过模仿与学习生物或生物体的特有功能，进一步增强流动控制的效果。基于仿生流动控制的理念，国内外研究者在叶片制造波纹状前缘或后缘锯齿结构，在一定对其气动噪声起到了抑制作用。但是，流体生物体的某些特征是为了适应由基体外形决定的周围流场特性进化而来，仿生结构对雷诺数具有较高的敏感性。对于旋转机械而言，只有在特性的转速下具有较好的气动声学性能，在很多条件下，相比原型叶片，这些结构往往不降噪甚至出现增加气动噪声的情形。减小降噪结构对雷诺数的敏感性，使其全工况下均具有低噪声特性，是其在工程中推广应用的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高轴流风机的气动性能和声学性能的低噪声轴流风机复合仿生翼型叶片。

本发明的叶片具有脊状结构表面B、尖齿状尾缘C和周期性凹状前缘D的特征。

每个仿生单元A的关键特征点为尾缘a点、尾缘b点、尾缘c点、前缘d点、前缘e点和前缘f点。

每个仿生单元A的ad曲线为关键特征线S1、be曲线为关键特征线S2、cf曲线为关键特征线S3、def曲线为内凹状特征线S4、abc曲线为内凹状特征线S5。

叶片在关键特征线S1处最大厚度为δ_ad、在关键特征线S2处的最大厚度为δ_be、在关键特征线S3处的最大厚度为δ_cf。

ad两点的直线长度为L_ad，be两点的直线长度为L_be，cf两点的直线长度为L_cf。

每个仿生单元A都设有脊线ⅠE和脊线ⅡF。

叶片前缘2由各仿生单元A的内凹状特征线S4在空间由叶根Ⅰ5到叶顶Ⅰ6依次连接而成，叶片尾缘4由各仿生单元A的内凹状特征线S5在空间由叶根Ⅱ8到叶顶Ⅱ7依次连接而成。

叶片前缘2的叶根Ⅰ特征点为j点，叶片前缘2的叶顶Ⅰ特征点为i点。

叶片尾缘4的叶根Ⅱ特征点为g点，叶片尾缘4的叶顶Ⅱ特征点为h点。

j点与g点的直线长度为L_jg，i点与h点的直线长度为L_ih。

所述的仿生单元A为脊线ⅠE和脊线ⅡF所在截面之间的部分。

所述的低噪声轴流风机复合仿生翼型叶片设计所用的翼型为NACA6405翼型的修改翼型。

所述L_ih和L_jg之间的关系为：