题目：叶轮机风扇噪声产生与降噪机制研究

 

风扇噪声是叶轮机械的主要气动噪声源之一，广泛的存在于各种工程应用领域中。开展叶片气动噪声机理研究对风扇的低噪声设计有重要意义。本文在改造后的低背景噪声实验台上，对翼型尾缘噪声和来流湍流干扰噪声产生与降噪机制开展了详细的实验研究，并把所发展的噪声抑制技术应用到某型号路由器冷却风扇上，取得了良好的降噪效果。本文的研究内容和取得的进展如下：

1.      研究了翼型尾缘噪声的产生与降噪机制。首先，对基本翼型的声场和壁面动态压力进行测量，研究翼型尾缘噪声的发声机制。然后，依据仿生学原理，设计了不同形状的翼型尾缘锯齿结构。通过对不同尾缘锯齿形状翼型远声场和壁面动态压力的实验研究，发现尾缘锯齿可以有效地降低翼型低频噪声，使频谱能量向高频转移。最后，在尾缘锯齿研究的基础上，进一步开展了尾缘安装刷毛翼型的声场和壁面动态压力特性研究。研究结果表明，尾缘刷毛与尾缘锯齿结构相比，具有更优的低频噪声抑制作用，并且不会引起明显的高频分量增加。在低频最高有5dB的降噪量。降噪效果随着攻角的增加而增加。两种尾缘对翼型壁面动态压力载荷的影响都很小。

2.      研究了来流湍流干扰噪声的产生与降噪机制。首先，对圆柱/翼型干涉噪声的发生机制进行研究，发现来流湍流强度是影响圆柱/翼型干涉噪声主要因素。然后，针对来流湍流的特性，设计了不同尺度的整流网，对来流湍流干扰噪声进行抑制。分别对不同来流速度条件下，不同整流网穿孔率和整流网位置翼型声场、流场和壁面动态压力进行测量。研究结果表明，整流网可以有效的降低来流湍流强度，不同穿孔率整流网在降低来流湍度强度的同时都会引起速度的下降。穿孔率为78%的整流网引起的速度降不超过1%，降噪量最高可以达到2dB。整流网与圆柱、翼型的相对位置对降噪效果有比较明显的影响。

3.      研究了某型号路由器冷却风扇的气动噪声发声机制，把所提出的来流湍流干扰噪声和尾缘噪声控制方法应用到路由器冷却风扇上。首先，对路由器冷却风扇的流场和声场进行测量，研究风扇的发声特性，发现来流湍流干扰噪声在风扇气动噪声中占有很大的比重。然后，根据来流湍流干扰噪声抑制技术的研究结论，把所开发的整流装置应用于路由器冷却风扇噪声控制。最后，把尾缘锯齿结构应用于风扇尾缘噪声控制。研究结果表明，风扇前端安装整流装置之后，风扇的来流湍流强度有了大幅度的降低，在某些区域最高可以有50%的降低量。风扇气动噪声也有明显降低，总声压级有2dB的降噪量。风扇尾缘渐变锯齿相比于均匀锯齿有更好的降噪效果，在风扇不同转速条件下都有降噪效果。