楊文琪， 賽慶毅， 郭丹閣， 黃典貴， 王乃安

(上海理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200093)

隨著軸流通風(fēng)機(jī)在現(xiàn)代社會(huì)中的廣泛應(yīng)用，如何降低風(fēng)機(jī)噪聲已逐漸成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。軸流通風(fēng)機(jī)噪聲主要產(chǎn)生于空氣動(dòng)力變化、機(jī)械振動(dòng)、媒體間相互作用以及電力拖動(dòng)系統(tǒng)[1]。近年來(lái)，模仿生物形態(tài)的仿生葉片被應(yīng)用于飛機(jī)、葉輪機(jī)械等產(chǎn)品的降噪研究上[2]。1991年，Howe[3-4]首先將類(lèi)似貓頭鷹羽毛的鋸齒結(jié)構(gòu)應(yīng)用于翼型，通過(guò)鋸齒不同波長(zhǎng)及齒高的組合探究鋸齒翼的降噪效果與機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上給出合理的降噪預(yù)測(cè)模型。Dassen等[5]利用不同翼型和尾緣形狀的平板進(jìn)行風(fēng)洞測(cè)量，探究鋸齒形尾緣的降噪潛力，結(jié)果顯示所有鋸齒尾緣形狀的翼型平板噪聲降低3～8 dB。Jones等[6-7]采用直接數(shù)值模擬(DNS)方法對(duì)有鋸齒和無(wú)鋸齒的NACA-0012翼型進(jìn)行研究，得出在有鋸齒情況下，翼型尾緣噪聲的振幅會(huì)減小，而降低噪聲的頻率間隔會(huì)隨著鋸齒長(zhǎng)度的不同而不同，尾緣鋸齒會(huì)破壞對(duì)流形成的較大湍流結(jié)構(gòu)，并促進(jìn)由鋸齒產(chǎn)生的馬蹄渦的發(fā)展。Wang等[8]采用大渦模擬(LES)并結(jié)合Ffowcs Williams和Hawkings方程對(duì)尾緣鋸齒機(jī)翼在低雷諾數(shù)條件下的空氣動(dòng)力學(xué)和聲學(xué)特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)仿生耦合翼型周?chē)O(jiān)測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)平均值降低了9.94 dB。張廣等[9]、葉學(xué)民等[10]發(fā)現(xiàn)鋸齒結(jié)構(gòu)可以降低流場(chǎng)中的壓力脈動(dòng)，改變脫落渦的結(jié)構(gòu)，從而降低風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲。鄔長(zhǎng)樂(lè)等[11]通過(guò)數(shù)值方法比較了波形前緣、鋸齒尾緣和表面凹坑3種仿生結(jié)構(gòu)應(yīng)用在離心風(fēng)機(jī)葉片上時(shí)的降噪效果，波形前緣和鋸齒尾緣結(jié)構(gòu)對(duì)離心風(fēng)機(jī)都有較好的降噪效果，而表面凹坑結(jié)構(gòu)雖抑制了吸力面上的分離流，卻使噪聲有所增加。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)仿生葉片氣動(dòng)噪聲的研究大多停留在二維翼型、二維平面葉柵或二維直葉片上，將仿生學(xué)研究應(yīng)用到三維葉片上的例子還較少，因真實(shí)軸流通風(fēng)機(jī)葉片、飛機(jī)機(jī)翼具有強(qiáng)三維流動(dòng)特征，所以真實(shí)葉片的三維結(jié)構(gòu)也會(huì)影響仿生葉片的噪聲值。筆者對(duì)某軸流通風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行三維造型建模，得到鋸齒尾緣葉片和波浪前緣鋸齒尾緣葉片，通過(guò)計(jì)算分析仿生葉片的氣動(dòng)性能及噪聲特性研究軸流通風(fēng)機(jī)的降噪方法。

1 研究對(duì)象

以某軸流通風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，轉(zhuǎn)速為1 450 r/min，體積流量為105m3/h，葉片數(shù)為9。三維葉片模型是通過(guò)將11個(gè)截面的翼型參數(shù)導(dǎo)入Catia中建立而成的，如圖1葉片三維建模流程圖所示，把導(dǎo)入的翼型點(diǎn)逐次連接成線(xiàn)，由線(xiàn)生成面，再由面最終得到葉片實(shí)體，構(gòu)建三維葉片模型。風(fēng)機(jī)葉片的翼型選自USST12翼型[12]，然后利用Profili改變翼型厚度，得到從根部12%c相對(duì)厚度到頂部7%c相對(duì)厚度的翼型，構(gòu)成11個(gè)截面的翼型族，其中c為翼型的弦長(zhǎng)。針對(duì)各截面安裝角和弦長(zhǎng)進(jìn)行正交優(yōu)化[11]，得到表1所示的葉片幾何參數(shù)。

(a) 點(diǎn)

(b) 線(xiàn)

(c) 面

(d) 實(shí)體圖1 風(fēng)機(jī)葉片建模過(guò)程圖Fig.1 Modeling process diagram of fan blade

表1 葉片幾何參數(shù)Tab.1 Geometric parameters of the blade

所采用的尾緣鋸齒結(jié)構(gòu)為切開(kāi)式，在Catia中將葉片尾緣切割成鋸齒狀，得到鋸齒尾緣葉片模型。表2為相同齒高不同齒數(shù)的鋸齒尾緣葉片幾何參數(shù)，其中15-10 mm表示齒數(shù)為15、齒高為10 mm的鋸齒尾緣葉片，葉片采用相同高度374 mm。通過(guò)調(diào)整齒高和齒數(shù)，可以得到不同參數(shù)的鋸齒尾緣葉片。而前緣波浪結(jié)構(gòu)則是由按正弦函數(shù)y=h1sin(b1x)變化的曲線(xiàn)構(gòu)造而成的，其中h1為波幅，b1為相鄰截面之間的波數(shù)，10-6 mm的前緣波浪結(jié)構(gòu)表示波數(shù)為10、波幅為6 mm。波浪前緣鋸齒尾緣葉片模型如圖2所示。

表2 鋸齒尾緣葉片幾何參數(shù)Tab.2 Geometric parameters of serrated trailing edge blade

圖2 波浪前緣鋸齒尾緣葉片示意圖Fig.2 Schematic diagram of the blade with wave leading edge and serrated trailing edge

2 聲學(xué)計(jì)算方法

2.1 噪聲計(jì)算

聲壓就是大氣壓受到聲波擾動(dòng)后產(chǎn)生的變化量。人耳對(duì)聲音的感受與聲壓的對(duì)數(shù)近似成正比關(guān)系，聲壓用對(duì)數(shù)標(biāo)度稱(chēng)為聲壓級(jí)，聲壓級(jí)Lp定義為：

(1)

式中：p為實(shí)際聲壓，Pa；p0為參考聲壓，也是人耳能聽(tīng)到的最弱聲壓，為2×10-5Pa。

人耳能聽(tīng)到的噪聲頻率在20～20 000 Hz，把較寬的頻率范圍劃分為小的分域稱(chēng)為頻帶。分析噪聲的濾波器能把頻帶中高于上限頻率f2和低于下限頻率f1的訊號(hào)過(guò)濾掉，f2和f1之間的間隔為頻帶寬，可用倍頻帶表示，n倍頻帶定義見(jiàn)式(2)，當(dāng)n等于1/3時(shí)，稱(chēng)該頻帶寬為1/3倍頻帶。

(2)

頻率計(jì)權(quán)是對(duì)不同的頻率給予適當(dāng)增減，A頻率計(jì)權(quán)與人耳對(duì)聲音的主觀(guān)反應(yīng)較為相似，A聲級(jí)越大，人們聽(tīng)到的聲音也越響。本文中對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的分析參數(shù)主要有總聲壓級(jí)和A計(jì)權(quán)1/3倍頻圖[13]。

根據(jù)聲源處的產(chǎn)生機(jī)理，風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲可以分為旋轉(zhuǎn)噪聲和湍流噪聲;根據(jù)噪聲頻譜特性,其可以分為離散噪聲和寬頻噪聲[14]。旋轉(zhuǎn)噪聲也稱(chēng)為離散噪聲，是由旋轉(zhuǎn)葉片打擊空氣質(zhì)點(diǎn)引起葉片周?chē)晥?chǎng)壓力突變而產(chǎn)生的噪聲。湍流噪聲也稱(chēng)寬頻噪聲，主要是流經(jīng)葉片的氣流發(fā)生漩渦分裂脫體，進(jìn)而引起葉片上壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，其聲壓級(jí)主要表現(xiàn)在高頻段內(nèi)。

2.2 噪聲計(jì)算方法及網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

在Fluent中進(jìn)行噪聲計(jì)算，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 450 r/min，工質(zhì)為理想氣體，進(jìn)口邊界條件給定質(zhì)量流量33.33 kg/s，出口給定靜壓1.013×105Pa，先采用RNGk-ε模型進(jìn)行瞬態(tài)求解，待風(fēng)機(jī)出口壓力穩(wěn)定后，湍流模型調(diào)整為改進(jìn)型延遲分離渦模擬(IDDES)，聲學(xué)模塊選用FW-H聲學(xué)類(lèi)比方程，并輸出Acoustic Source Data聲學(xué)數(shù)據(jù)文件，提取葉片表面聲壓脈動(dòng)等流場(chǎng)信息，通過(guò)傅里葉變換獲得聲場(chǎng)信息。

為保證計(jì)算精度，對(duì)原葉片設(shè)置3種網(wǎng)格數(shù)量進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，如表3所示，網(wǎng)格數(shù)為780萬(wàn)和1 508萬(wàn)的計(jì)算結(jié)果總聲壓級(jí)僅相差0.3 dB，誤差為0.4%。因此，選取網(wǎng)格數(shù)為780萬(wàn)的網(wǎng)格進(jìn)行風(fēng)機(jī)噪聲計(jì)算。

表3 噪聲網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證Tab.3 Grid independence of noise

2.3 實(shí)驗(yàn)對(duì)比

采用分離渦模擬(DES)計(jì)算方法對(duì)設(shè)計(jì)工況下低壓軸流通風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行計(jì)算，該工況下流量系數(shù)為0.179。表4為模擬所得的低壓軸流通風(fēng)機(jī)噪聲計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比?？梢钥闯?，采用DES噪聲計(jì)算方法得到的噪聲計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值誤差在2.9%左右，說(shuō)明本文方法可以很好地模擬軸流通風(fēng)機(jī)噪聲值。

表4 低壓軸流通風(fēng)機(jī)噪聲計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比Tab.4 Comparison of calculation data and experimental results of noise for low pressure axial fan

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 鋸齒尾緣葉片氣動(dòng)計(jì)算結(jié)果

保持尾緣鋸齒齒數(shù)10不變，通過(guò)改變齒高比較尾緣鋸齒葉片通風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能。圖3為齒高依次從6 mm增加到20 mm的鋸齒尾緣葉片。

圖4給出了齒數(shù)為10的鋸齒尾緣葉片與原葉片通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖。從圖4可以看出，在本文工況范圍內(nèi)，隨著鋸齒齒高的增加，通風(fēng)機(jī)全壓效率逐漸減小，從96.67%降到96.30%，降幅為0.3%；總壓升也呈下降趨勢(shì)，通風(fēng)機(jī)做功能力減弱。圖中線(xiàn)外的2個(gè)單點(diǎn)分別是原葉片通風(fēng)機(jī)的全壓效率和總壓升值，可以看出原葉片通風(fēng)機(jī)的總壓升最高，說(shuō)明鋸齒尾緣結(jié)構(gòu)因葉片切削導(dǎo)致垂直軸向的投影面積縮小，進(jìn)而影響葉片的做功能力；對(duì)比鋸齒尾緣葉片與原葉片的全壓效率可以看出，鋸齒尾緣葉片全壓效率并沒(méi)有因總壓升下降而減小太多，齒高在12 mm以下時(shí)，鋸齒尾緣葉片全壓效率高于原葉片的全壓效率，這是因?yàn)閷?duì)葉片尾緣施加鋸齒形狀時(shí)，實(shí)際上減輕了葉片的重量，使得輸出的軸功率減小，因此鋸齒尾緣葉片的全壓效率沒(méi)有減小，在一定的齒高下，通風(fēng)機(jī)全壓效率還略有提升。

(a) 10-6 mm

(b) 10-8 mm

(c) 10-10 mm

(d) 10-12 mm

(e) 10-15 mm

(f) 10-20 mm圖3 齒數(shù)為10時(shí)不同齒高的鋸齒尾緣葉片F(xiàn)ig.3 Serrated trailing edge blades with different tooth heights for the tooth number of 10

圖4 齒數(shù)為10的鋸齒尾緣葉片結(jié)果對(duì)比Fig.4 Results of serrated trailing edge blades with the tooth number of 10

3.2 波浪前緣鋸齒尾緣葉片氣動(dòng)計(jì)算結(jié)果

所研究的葉片前緣波浪結(jié)構(gòu)波數(shù)取10，波幅取6 mm。圖5為選取的4種波浪前緣鋸齒尾緣葉片，其中10-8 mm，10-6 mm表示鋸齒齒數(shù)為10、齒高為8 mm和波浪波數(shù)為10、波幅為6 mm的波浪前緣鋸齒尾緣葉片。表5給出了波浪前緣鋸齒尾緣葉片的全壓效率和總壓升計(jì)算結(jié)果。由表5可知，在所研究工況范圍內(nèi)，波浪前緣鋸齒尾緣葉片通風(fēng)機(jī)的全壓效率隨著尾緣鋸齒齒高的增加沒(méi)有明顯變化，與原葉片全壓效率(96.41%)較為接近，而總壓升則呈下降趨勢(shì)，波浪前緣鋸齒尾緣葉片的總壓升高于同樣齒數(shù)同樣齒高的尾緣鋸齒葉片。

圖5 波浪前緣鋸齒尾緣葉片F(xiàn)ig.5 Blades with wave leading edge and serrated trailing edge

表5 波浪前緣鋸齒尾緣葉片計(jì)算結(jié)果Tab.5 Calculation results of blades with wave leading edge and serrated trailing edge

3.3 鋸齒尾緣葉片噪聲計(jì)算結(jié)果

圖6給出了齒數(shù)為8時(shí)不同齒高的鋸齒尾緣葉片，其噪聲計(jì)算結(jié)果如表6所示。由表6可知，齒數(shù)為8的鋸齒尾緣葉片總聲壓級(jí)隨著齒高的增加而減小，齒高為10 mm的鋸齒葉片總聲壓級(jí)高于原葉片總聲壓級(jí)，齒高為15 mm和20 mm的鋸齒葉片總聲壓級(jí)低于原葉片總聲壓級(jí)，可以看出3種鋸齒尾緣葉片與原葉片總聲壓級(jí)接近。結(jié)果表明，對(duì)于齒數(shù)為8的鋸齒尾緣葉片，當(dāng)齒高增加到15 mm時(shí)有降噪效果但降噪幅度不大，最大可降低0.6 dB，由于齒數(shù)較少時(shí)降噪效果不明顯，因此可以增加齒數(shù)來(lái)比較鋸齒尾緣葉片的降噪效果。

圖6 齒數(shù)為8時(shí)不同齒高的鋸齒尾緣葉片F(xiàn)ig.6 Serrated trailing edge blades with different tooth heights for the tooth number of 8

表6 齒數(shù)為8時(shí)通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)位置處的噪聲值Tab.6 Noise values at the fan monitoring positions with the tooth number of 8 dB

鋸齒尾緣葉片齒高保持10 mm不變，選取齒數(shù)為8、13和18的葉片如圖7所示。對(duì)比表7可以看出，隨著鋸齒數(shù)的增加，鋸齒尾緣葉片的總聲壓級(jí)逐漸減小，與原葉片總聲壓級(jí)相比，齒數(shù)為18的鋸齒尾緣葉片降噪幅度最大，達(dá)到0.8 dB。通過(guò)增加齒數(shù)對(duì)比鋸齒尾緣葉片噪聲值，結(jié)果表明在所研究工況范圍內(nèi)，當(dāng)齒高h(yuǎn)一致時(shí)，隨著齒數(shù)的增加，鋸齒尾緣葉片降噪能力增強(qiáng)。

圖7 齒高為10 mm時(shí)不同齒數(shù)的鋸齒尾緣葉片F(xiàn)ig.7 Serrated trailing edge blade with different number of teeth for tooth height of 10 mm

表7 齒高為10 mm時(shí)通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)位置處的噪聲值Tab.7 Noise values at the fan monitoring positions with the tooth height of 10 mm dB

表7顯示，3種齒數(shù)鋸齒葉片中，齒數(shù)為18的降噪效果最好，因此，選取齒數(shù)為18的鋸齒尾緣葉片，改變齒高h(yuǎn)來(lái)計(jì)算其噪聲值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。從表8可以看出，與原葉片相比，齒數(shù)為18的鋸齒尾緣葉片有明顯降噪效果，當(dāng)齒高為8 mm時(shí)總聲壓級(jí)可減小2 dB，且隨著齒高的增加，葉片總聲壓級(jí)有所增加但都小于原葉片的總聲壓級(jí)。

表8 齒數(shù)為18時(shí)通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)位置處的噪聲值Tab.8 Noise values at the fan monitoring positions with the tooth number of 18 dB

3.4 波浪前緣鋸齒尾緣葉片噪聲計(jì)算結(jié)果

為探究波浪前緣鋸齒尾緣葉片的降噪效果，分別對(duì)圖8中原葉片、波浪前緣葉片和波浪前緣鋸齒尾緣葉片進(jìn)行噪聲計(jì)算。表9為3種葉片通風(fēng)機(jī)總聲壓級(jí)計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯?，波浪前緣葉片的總聲壓級(jí)比原葉片小，證明波浪前緣葉片有降噪能力。在波浪前緣葉片上加上鋸齒尾緣結(jié)構(gòu)后其噪聲值進(jìn)一步減小，比原葉片總聲壓級(jí)減小4 dB，表明波浪前緣鋸齒尾緣組合的葉片降噪效果更優(yōu)。

圖8 原葉片、波浪前緣葉片和波浪前緣鋸齒尾緣葉片示意圖Fig.8 Schematic diagram of original blade, wave leading edge blade and wave leading edge with serrated trailing edge blade

表9 3種葉片在通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)位置處的噪聲值Tab.9 Noise values of three kinds of blades at the fan monitoring positions dB

圖9給出了不同尾緣鋸齒數(shù)的波浪前緣鋸齒尾緣葉片，葉片前緣形狀不變，通過(guò)改變尾緣鋸齒數(shù)探究葉片的降噪效果。表10給出了各葉片的總聲壓級(jí)計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯觯c原葉片相比，波浪前緣鋸齒尾緣葉片的降噪幅度較大，而尾緣齒數(shù)為16的波浪前緣鋸齒尾緣葉片降噪效果最好。

圖9 不同齒數(shù)的波浪前緣鋸齒尾緣葉片F(xiàn)ig.9 Wave leading edge serrated trailing edge blades with different tooth numbers

表10 不同齒數(shù)的波浪前緣鋸齒尾緣葉片的噪聲值Tab.10 Noise values of wave leading edge with serrated trailing edge blades for different tooth numbers dB

3.5 聲壓級(jí)頻譜圖與渦結(jié)構(gòu)云圖

鋸齒尾緣葉片測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜圖如圖10所示。從圖10可以看出，原葉片通風(fēng)機(jī)與18-8 mm的鋸齒尾緣葉片通風(fēng)機(jī)噪聲峰值均分布在中低頻區(qū)域，在整個(gè)頻段區(qū)域內(nèi)鋸齒尾緣葉片通風(fēng)機(jī)的聲壓級(jí)與原葉片通風(fēng)機(jī)相比有顯著減小。

圖10 鋸齒尾緣葉片測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)頻譜圖Fig.10 Spectrum of sound pressure levels at measuring points of serrated trailing edge blades

本文葉輪轉(zhuǎn)速為1 450 r/min，葉片數(shù)為9，計(jì)算得出基準(zhǔn)頻率為216.5 Hz，在圖10頻譜圖中可以觀(guān)察到基頻和倍頻中都有波峰出現(xiàn)，且峰值呈逐漸下降趨勢(shì)，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)在低頻段內(nèi)，軸流通風(fēng)機(jī)的噪聲構(gòu)成主要為離散噪聲。從圖11的倍頻圖可以看出噪聲的寬頻特性，圖中某一部分頻率對(duì)應(yīng)的幅值越大，代表該部分頻率對(duì)A聲級(jí)的貢獻(xiàn)也越大，在0～10 000 Hz范圍內(nèi)18-8 mm的鋸齒尾緣葉片通風(fēng)機(jī)A計(jì)權(quán)聲壓值比原葉片通風(fēng)機(jī)有明顯下降，說(shuō)明鋸齒尾緣葉片結(jié)構(gòu)改善了通風(fēng)機(jī)的寬頻噪聲和離散噪聲。

圖11 鋸齒尾緣葉片測(cè)點(diǎn)A計(jì)權(quán)1/3倍頻圖Fig.11 Octave diagram at measuring point A weight 1/3 of serrated trailing edge blade

Q準(zhǔn)則[16]能剔除絕大部分的剪切層影響，對(duì)葉片周?chē)鲌?chǎng)進(jìn)行分析，可以較為精確地捕捉流場(chǎng)內(nèi)的渦結(jié)構(gòu)和渦的大小。圖12給出了Q=50 000 s-2時(shí)鋸齒尾緣葉片表面的渦結(jié)構(gòu)云圖。從圖12可以看出，鋸齒結(jié)構(gòu)的存在使得風(fēng)機(jī)原葉片尾緣處渦結(jié)構(gòu)破碎成長(zhǎng)條狀，導(dǎo)致鋸齒間渦結(jié)構(gòu)的展向相關(guān)性減弱，削弱了尾部的渦結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而使得鋸齒尾緣葉片通風(fēng)機(jī)總聲壓級(jí)較原葉片小，尾緣鋸齒結(jié)構(gòu)顯著改善了通風(fēng)機(jī)葉片漩渦分裂脫體產(chǎn)生的渦流噪聲。

(a) 原葉片

(b) 18-8 mm鋸齒尾緣葉片圖12 Q=50 000 s-2時(shí)葉片表面的渦結(jié)構(gòu)云圖Fig.12 Contour of blade surface vortex structure at Q=50 000 s-2

比較圖13和圖14給出的原葉片和波浪前緣鋸齒尾緣葉片的頻譜圖和A計(jì)權(quán)1/3倍頻圖可以看出，在低頻段波浪前緣鋸齒尾緣葉片的總聲壓級(jí)有明顯減小，在1 000～10 000 Hz中高頻段，波浪前緣鋸齒尾緣葉片的總聲壓級(jí)大于原葉片的總聲壓級(jí)。圖15給出了波浪前緣鋸齒尾緣葉片的功率譜密度圖，反映了聲波輻射能量隨頻率的變化關(guān)系。由圖15可以看出，噪聲輻射能量集中在1 000 Hz以下區(qū)域，該部分噪聲輻射能量對(duì)總聲壓級(jí)貢獻(xiàn)最大，在低頻段波浪前緣鋸齒尾緣葉片的功率譜密度小于原葉片的功率譜密度，因此波浪前緣鋸齒尾緣葉片的總聲壓級(jí)與原葉片通風(fēng)機(jī)的總聲壓級(jí)相比有顯著減小。

圖13 波浪前緣鋸齒尾緣葉片測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)頻譜圖Fig.13 Spectrum of sound pressure levels at measuring points of blade with wave leading edge and serrated trailing edge

圖14 波浪前緣鋸齒尾緣葉片A計(jì)權(quán)1/3倍頻圖Fig.14 Octave diagram at measuring point A weight 1/3 of blade with wave leading edge and serrated trailing edge

圖15 波浪前緣鋸齒尾緣葉片功率譜密度圖Fig.15 Power spectral density diagram of blade with wave leading edge and serrated trailing edge

4 結(jié) 論

(1) 在所研究工況范圍內(nèi)，與原葉片相比，鋸齒尾緣葉片和波浪前緣鋸齒尾緣葉片的總壓升有所下降，全壓效率改變較小。

(2) 鋸齒尾緣葉片齒數(shù)較少時(shí)降噪效果不明顯，齒數(shù)一定時(shí)，隨著齒高的增加，噪聲值降低；齒高一定時(shí)，隨著齒數(shù)的增加，鋸齒尾緣葉片的總聲壓級(jí)逐漸減小；高齒數(shù)的鋸齒尾緣葉片降噪效果更好。

(3) 波浪前緣葉片具有降噪能力，而波浪前緣鋸齒尾緣組合的葉片比單一的鋸齒尾緣結(jié)構(gòu)或波浪前緣結(jié)構(gòu)的葉片的降噪能力強(qiáng)。

(4) 與原葉片通風(fēng)機(jī)相比,鋸齒尾緣葉片通風(fēng)機(jī)在頻譜圖全頻段內(nèi)總聲壓級(jí)都有明顯減小，鋸齒尾緣結(jié)構(gòu)可以改善通風(fēng)機(jī)的寬頻噪聲和離散噪聲。在頻譜圖中，低頻段內(nèi)波浪前緣鋸齒尾緣葉片通風(fēng)機(jī)總聲壓級(jí)有明顯減小，因低頻段內(nèi)噪聲輻射能量對(duì)總聲壓級(jí)貢獻(xiàn)最大，所以波浪前緣鋸齒尾緣葉片通風(fēng)機(jī)的總聲壓級(jí)與原葉片通風(fēng)機(jī)相比有顯著減小。表明波浪前緣鋸齒尾緣的組合在軸流通風(fēng)機(jī)葉片上的降噪效果比單一的波浪前緣結(jié)構(gòu)或鋸齒尾緣結(jié)構(gòu)更好。