薄翼型叶片仿生流动控制降噪及其应用研究

发布时间：2018-04-04 06:39

  本文选题：仿生　切入点：流动控制　出处：《吉林大学》2017年博士论文

【摘要】：噪声污染不仅影响人们的正常休息、学习及工作,而且还会诱发多种疾病,严重危害人体健康,并对社会经济产生严重的负面影响。现代交通工具及工业设备是环境噪声的主要噪声源,由于工作部件运转速度的提高,很多情况下,气动噪声已经远远超过机械噪声,在总噪声中占主导地位。翼型单元不仅是机翼以及风机、风力机等叶轮机械设计的基本元素,同时也是气动声学基础理论研究的重要载体,开展其降噪方法与技术的研究,具有重要的学术意义和实际应用价值。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。不同来流条件下,薄翼型叶片气动噪声产生机理有显著差异,在对其研究基础上,本文提出多种生物体复合仿生的理念,设计了低雷诺数敏感性的仿生叶片,开展了其降噪方法及降噪机理研究,并在翼型风机上进行了应用性试验。应用NAFnoise翼型噪声分析软件计算了NACA 0006翼型在不同雷诺数、不同攻角下的噪声单元构成及频谱特性。基于弦长的雷诺数为5×104-1.9×105范围内,在0°攻角时,窄频特性的层流边界层涡脱落噪声为主导噪声;在5°攻角时,随着雷诺数的增加,边界层发生转捩或分离,中低频段的噪声增大,总声压级频谱呈现宽频特性;在10°攻角时,吸力面侧流动分离尺度增大,由流动分离引起的分离噪声及湍流边界层噪声占主导作用,低频噪声更加突出。基于这些结论,设计仿生结构时可考虑通过翼型叶片前缘形状的改变降低层流边界层噪声,通过表面形状和尾缘结构的改变来降低湍流边界层噪声。数值模拟是气动声学的重要研究手段,被国内外研究者广泛采用。为了获得准确气动噪声源的声学信号、捕捉流动产生的小尺度涡,开展了数值模拟方法及网格无关性分析研究。气动声源选用了可精确求解小尺度涡的动态Smagorinsky-Lilly模型求解,以便于分析仿生结构对边界层演化影响。采用C-型六面体结构网格离散计算域,通过分析网格数量对阻力系数及表面压力系数的影响,确定了网格密度。仿生流动控制研究常用仿生模本为，

本文编号：1708800