风机气动噪声控制耦合仿生研究

论文摘要

气动噪声控制是节能风机设计关键技术之一。耦合仿生降噪是一种建立在对生物体表功能特征系统深入研究的基础上,并以工程手段实现的降噪技术方法,突破了单纯工程方法降噪所面临的瓶颈,提供了全新的研究思路,在多种风机和旋转机械中可推广应用。本文工作以生物耦合特征研究为基础,并借助逆向工程等手段,建立了长耳鸮体表耦合仿生消声系统模型和耦合仿生吸声系统模型;基于上述模型分析了长耳鸮体表耦合降噪功能特性和生物耦合模型主要参数。对长耳鸮翼耦合仿生消声模型进行了有限元模拟分析,为解释长耳鸮翼消声降噪机理提供了理论依据。通过试验,对比分析了长耳鸮体表覆羽和皮肤原型及耦合吸声模型的功能特性,并进行了数值模拟分析,建立了耦合吸声模型优化参数和吸声系数计算模型,阐述了生物体表耦合吸声降噪机理。依据生物耦合降噪特征,设计风机耦合降噪典型部件;经风机噪声测试,证实了耦合降噪系统应用于风机气动噪声控制是可行的,新型风机设计达到其基本性能要求。基于计算空气动力学和气动声学相关理论,利用三维CAD建模技术和COMSOL软件多物理场耦合设计和分析技术,建立了各种风机耦合降噪部件有限元分析模型,对作为耦合消声降噪系统主耦元的生物非光滑形态因素对工作部件绕流场介质的影响进行了分析,并进一步阐释了生物耦合消声降噪特征的作用机理。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 风机气动噪声研究进展
• 1.2.1 风机气动噪声声学分析理论
• 1.2.2 风机气动噪声控制研究现状
• 1.3 仿生非光滑与耦合仿生理论
• 1.3.1 仿生非光滑理论与仿生降噪工程研究
• 1.3.2 生物耦合与耦合仿生
• 1.4 主要研究内容和设计平台简介
• 1.4.1 风机气动噪声控制耦合仿生研究主要内容
• 1.4.2 耦合仿生降噪设计和分析平台简介
• 1.5 本章小结
• 第二章 长耳鸮体表耦合降噪特性
• 2.1 长耳鸮生物学特征
• 2.1.1 长耳鸮的生态特性
• 2.1.2 长耳鸮的体表形态学特征
• 2.1.3 长耳鸮各种羽毛生物学特征
• 2.2 长耳鸮体表降噪特性试验研究
• 2.2.1 试验目的
• 2.2.2 试验设备
• 2.2.3 试验生物饲养
• 2.2.4 试验方法与结果分析
• 2.2.5 长耳鸮生物耦合降噪特征分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 长耳鸮翼耦合消声特征仿生建模
• 3.1 基于逆向工程的长耳鸮翼表耦合消声特征研究
• 3.1.1 逆向工程技术
• 3.1.2 长耳鸮翼形态与构形耦合特征数据采集
• 3.1.3 长耳鸮翼模型重构
• 3.2 基于耦合仿生建模的长耳鸮翼降噪机理CAA分析
• 3.2.1 耦合仿生模型建立
• 3.2.2 流场与声场数学模型
• 3.2.3 有限元模型
• 3.2.4 计算及分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 长耳鸮体表耦合吸声降噪特征仿生建模
• 4.1 长耳鸮体表耦合吸声特征
• 4.1.1 皮肤和覆羽组织特征
• 4.1.2 鸮体表被动吸声特征降噪特性试验研究
• 4.2 耦合仿生吸声模型分析
• 4.2.1 耦合仿生信息类比建模
• 4.2.2 仿生吸声耦合模型计算数学模型
• 4.3 耦合仿生吸声模型降噪特性驻波管试验研究
• 4.3.1 试验设备与试样制备
• 4.3.2 试验因素分析
• 4.3.3 试验方案与结果分析
• 4.4 耦合仿生吸声降噪模型有限元数值模拟
• 4.4.1 耦合仿生吸声结构有限元分析理论
• 4.4.2 耦合仿生吸声三维模型声场有限元计算
• 4.4.3 耦合仿生吸声结构降噪机理
• 4.5 本章小结
• 第五章 风机耦合仿生降噪试验研究
• 5.1 耦合仿生轴流风机降噪试验
• 5.1.1 轴流风机叶片耦合仿生降噪设计
• 5.1.2 噪声测试对比试验条件和测试方法
• 5.1.3 试验方案与结果分析
• 5.2 离心风机耦合仿生消声蜗舌降噪试验
• 5.2.1 离心风机耦合仿生消声降噪蜗舌设计
• 5.2.2 试验方案与结果分析
• 5.3 离心风机耦合仿生吸声降噪蜗舌试验
• 5.3.1 耦合仿生吸声降噪蜗舌设计
• 5.3.2 耦合仿生吸声蜗舌降噪试验样件制作
• 5.3.3 试验方法与结果分析
• 5.4 风机主要气动参数测试
• 5.4.1 测试装置和指标
• 5.4.2 耦合仿生轴流风机气动参数试验
• 5.4.3 耦合仿生离心风机气动参数试验
• 5.5 本章小结
• 第六章 耦合仿生风机降噪机理数值模拟分析
• 6.1 轴流风机耦合仿生叶片降噪机理
• 6.1.1 控制方程
• 6.1.2 计算模型与网格划分
• 6.1.3 降噪机理分析
• 6.2 耦合仿生前缘非光滑翼型变攻角模拟分析
• 6.2.1 计算模型
• 6.2.2 模拟结果分析
• 6.3 离心风机耦合仿生消声蜗舌降噪机理
• 6.3.1 计算模型与网格划分
• 6.3.2 耦合仿生非光滑形态蜗舌降噪机理
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 主要研究成果与创新
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文和参加科研情况
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT