CN106870464A - 一种渐变降噪仿生流线型风道 - Google Patents

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王惜慧
刘国榕
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/663—Sound attenuation
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    • F04D29/667—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by influencing the flow pattern, e.g. suppression of turbulence

Abstract

本发明公开了一种渐变降噪仿生流线型风道,包括由吸声材料制成的圆环形管状壳体，所述壳体内部风道沿轴向方向设有一条流线形通道,所述流线形通道的内表面曲面轮廓采用流线形鱼类的仿生设计，且所述流线形通道的内表面设置有降噪层，所述壳体的两端分别为入风口和出风口。本发明利用鱼类减阻降噪的表面结构使风道内部流场更加均匀，较大限度降低构件后面的涡流强度，提高了空气的流通效率,达到节能降噪的效果，具有体积小、安装方便、降噪效果好等优点。

Description

一种渐变降噪仿生流线型风道
技术领域
本发明涉及一种风道系统，特别涉及一种应用于渐变降噪仿生流线型风道。
背景技术
随着人们生活水平的提高,对设备噪声的要求越来越高,设备噪声不但成为产品市场准入的一大条件,而且成为产品竞争差异的一个重要因素；同时由于设备不断的要求小型化,对空间的限制越来越严格,进而相关的外部降噪措施由于没有空间而越来难以实施，另外,鉴于一个系统的噪声主要由噪声较高的部位来决定,因此针对设备噪声较高的部分进行降噪处理将是一个非常有效的方法，故如何利用现有空间并有效的控制噪声是一个难点和瓶颈点。
目前降噪仿生流线型风道在国内没有成熟产品。例如专利号为201510035602.5的一种带有流线型导流模块的烟道弯头,虽然利用流线型导流模块,使烟道内部流场更加均匀,压力损失小,达到一定节能降噪的效果,但显然仿生降噪技术的潜力并没有得到应用和发挥，利用鱼类表皮的微沟槽结构和外表面二次反射吸收声波的原理无疑可以进一步更好的降噪。治理风机噪声大多采用消声筒设备,但使用过程中,尘土容易堵塞筒内消声道微孔,使消声部件蒙上灰尘,致使其消声效果不佳,难以达到环境噪声标准和设备噪声标准,损害操作工人的身体健康,影响居民的正常生活，而且阻力较大；例如名称为一种土建风道组合式消声器的中国专利201120505188,利用吸声材料构成的消声元件来降噪，虽然能灵活的调整安装，但无疑减小了流通截面积，增加了阻力，使得气流速度减小，影响各类风机的效率,浪费电力资源。目前市场上还有吸声隔声室、吸声隔声罩等降噪设备，覆盖在风道噪声强的地方，用来减少噪声。例如名称为一种适用于经常需要检修的风机隔声罩的专利201520052279.8，该隔声罩虽然克服了对风机维修、监视、管路布置等带来不便，但这种降噪设备结构复杂，不能从根源上降低噪声，使用安装不方便，给使用者带来负担，并且外置式降噪设备性能不好。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种渐变降噪仿生流线型风道系统，具有安全可靠、使用便捷的优点。
本发明的技术方案如下:
一种渐变降噪仿生流线型风道,包括由吸声材料制成的圆环形管状壳体，所述壳体内部风道沿轴向方向设有一条流线形通道,所述流线形通道的内表面曲面轮廓采用流线形鱼类的仿生设计，且所述流线形通道的内表面设置有降噪层，所述壳体的两端分别为入风口和出风口。
进一步地，所述流线形通道的内表面曲面轮廓的形状确定如下：首先利用逆向工程技术对流线形鱼类的照片进行调节处理，使其背部轮廓更加鲜明；然后利用逆向工程技术截取照片中鱼背部的流线型轮廓线，处理修饰细节之后，把获得的轮廓线等分为若干段，并且记录每一个点的纵横坐标；对所述轮廓线进行三次样条插值，得到该轮廓线的曲线和函数表达式；最后以得到的曲线为母线，以管径为半径进行旋转即可得到所述风道的内表面曲面轮廓。
进一步地，所述的流线形鱼类为鲨鱼。
进一步地，所述吸声材料为聚氨酯泡沫塑料。
进一步地，所述的降噪层为贴附在所述流线形通道的内表面的仿鱼类表皮结构的降噪膜。
进一步地，所述降噪膜由仿造鲨鱼皮表面的菱形织构制成。
进一步地，所述的降噪层为具有降噪作用的微沟槽结构。
进一步地，所述壳体外壁包覆有一层弹性膜。
进一步地，所述弹性膜的材料为聚氨酷弹性体。
相比现有技术，本发明的优点:
本发明的一种带有仿生流线型导流模块风道,可以使风道内部流场更加均匀,压力损失小,流线型导流模块既起到了支撑风道作用,同时兼顾了导流效果,采用流线型结构，使得空气流动阻力小,同时，风机出口的扩压管减小了风机出口气流的动压损失,降低了噪声。利用鱼类减阻降噪的表面结构使风道内部流场更加均匀，较大限度降低构件后面的涡流强度，提高了空气的流通效率,达到节能降噪的效果。本发明实施例通过在待降噪风扇的出风口处设置通风降噪装置,针对待降噪风扇为噪声较高部分进行定点降噪,从而有利于设备的小型化，具有体积小、安装方便、降噪效果好等优点。
附图说明
图1为本发明的实施例的结构示意图；
图2为鲨鱼皮的表面织构电镜示意图；
图3为在Solidworks里获取的鲨鱼背部轮廓线图；
图4为用MATLAB三次样条插值构造的流线型曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1所示，一种渐变降噪仿生流线型风道,包括由具有吸声作用的聚氨酯泡沫塑料制成的圆环形管状壳体2，所述壳体2外壁包覆有一层以聚氨酷弹性体为材料的弹性膜6，弹性膜6不但可以有效防止水份进入多孔材料内部而引起其降噪性能变差，而且使得一部分的声波由于弹性膜6的反射而被泡沫塑料二次吸收，减少向外传递量，因而进一步提高了材料的降噪效果，所述壳体2内部风道沿轴向方向设有一条流线形通道,所述流线形通道的内表面曲面轮廓采用流线形鲨鱼的仿生设计，即利用鱼类表面减阻降噪的原理，仿鲨鱼背部轮廓线设计出的一条流线形管道，所述流线形通道的内表面设置有降噪层1，所述壳体2的两端分别为入风口4和出风口5，入风口4安装在吹风机的出口处，在出风口5处用法兰连接风道的接管。
具体而言，本实施例中，所述流线形通道的内表面曲面轮廓的形状确定如下：
本发明利用逆向工程技术首先在Photoshop里对图1的鲨鱼照片进行锐化和对比度等调节处理，使其背部轮廓更加鲜明；
然后在Solidworks里利用逆向工程技术截取鲨鱼照片背部的流线型轮廓线，处理修饰细节之后，把获得的轮廓线等分为24段，并且记录每一个点的纵横坐标，如图3所示；
然后在MATLAB中进行三次样条插值，最后得到该轮廓线的曲线和函数表达式，如图4所示，其中，本文引用的Matlab 的三次样条函数构造的通用程序来自论文《三次样条插值函数的构造与Matlab实现》,函数表达式具体如下：
在区间[0.000,30.000]内三次样条函数S(1)=
-0.0002082901*t3 +0.0111887*t2+0.3428*t-3.538836/1016
在区间[30.000,60.000]内三次样条函数S(2)=
0.0001017961*t3 -0.01671905*t2+1.180033*t-8.372326
在区间[60.000,90.000]内三次样条函数S(3)=
-0.00002770913*t3+0.006591888*t2-0.2186238*t+19.6008
在区间[90.000,120.000]内三次样条函数S(4)=
-0.0000009595782*t3-0.0006304905*t2+0.4313903*t+0.1003795
在区间[120.000,150.000]内三次样条函数S(5)=
0.00001606596*t3 -0.006759684*t2+1.166894*t-29.31975
在区间[150.000,180.000]内三次样条函数S(6)=
-0.00001930426*t3+0.009248971*t2-1.220596*t+90.05474
在区间[180.000,210.000]内三次样条函数S(7)=
0.00001478071*t3-0.006591888*t2+2.092463*t-108.7288
在区间[210.000,240.000]内三次样条函数S(8)=
-0.00000970748*t3+0.006178591*t2-1.147325*t+118.0563
在区间[240.000,270.000]内三次样条函数S(9)=
0.000003789949*t3 -0.003539558*t2+1.185031*t-68.53213
在区间[270.000,300.000]内三次样条函数S(10)=
-0.00001637824*t3 +0.01279668*t2-3.255752*t+328.4383
在区间[300.000,330.000]内三次样条函数S(11)=
0.00001457487*t3-0.01506112*t2+5.131588*t-507.2957
在区间[330.000,360.000]内三次样条函数S(12)=
0.000003634315*t3-0.004229975*t2+1.557308*t-114.1249
在区间[360.000,390.000]内三次样条函数S(13)=
-0.000003741761*t3+0.003736187*t2-1.31051*t+230.0133
在区间[390.000,420.000]内三次样条函数S(14)=
0.000006814209*t3-0.008614298*t2+3.506179*t-396.1563
在区间[420.000,450.000]内三次样条函数S(15)=
-0.00000821878*t3+0.01032727*t2-4.449279*t+717.76078
在区间[450.000,480.000]内三次样条函数S(16)=
0.00000546832*t3-0.008150316*t2+3.865634*t-529.6292
在区间[480.000,510.000]内三次样条函数S(17)=
0.000004197353*t3 -0.006320125*t2+2.987143*t-389.0705
在区间[510.000,540.000]内三次样条函数S(18)=
-0.000004368845*t3 +0.006786159*t2-3.697062*t+747.2443
在区间[540.000,570.000]内三次样条函数S(19)=
-5.53079*t3/108-0.0002017709*t2+0.07642015*t+68.01752
在区间[570.000,600.000]内三次样条函数S(20)=
0.0000001826689*t3-0.0006087113*t2+0.3083761*t+23.94589
在区间[600.000,630.000]内三次样条函数S(21)=
-0.000005304997*t3+0.009269088*t2-5.618303*t+1209.282
在区间[630.000,660.000]内三次样条函数S(22)=
0.0000218151*t3-0.04198789*t2+26.67359*t-5572.017
在区间[660.000,690.000]内三次样条函数S(23)=
-0.00005732577*t3+0.114711*t2-76.74769*t+17180.67
在区间[690.000,720.000]内三次样条函数S(24)=
0.0002541712*t3-0.5300878*t2+368.1635*t-85148.91。
最后以得到的曲线为母线，以管径为半径进行旋转即可得到所述风道的内表面曲面轮廓。
具体而言，所述的降噪层1为贴附在所述流线形通道的内表面的仿鱼类表皮结构的降噪膜，所述降噪膜由仿造鲨鱼皮表面的菱形织构制成，降噪膜不但起到降噪作用，而且可以有效防止水份进入聚氨酯多孔材料内部而引起其降噪性能变差，当然，根据需要，所述的降噪层1也可以采用具有降噪作用的微沟槽结构。
本发明的基本思想是利用大白鲨减阻降噪的流线型结构，在管道内内置鱼类流线型导流通道，同时采用鲨鱼表皮的仿生结构，使得内部空间形成一个与鱼类构造类似的区域，不仅保证空气较为均匀的流过,同时起到了内部支撑的作用，从而降低压力损失和流动不均,改善空气流通效果最终达到减阻节能降噪的效果。
由于空气处理机的吹风机产生的噪声主要经风道入口传入室内,在此处采取降噪措施,可达到较好的效果。本发明对吹风机进风道内气流流动进行研究,利用鲨鱼流线型表皮结构减阻降噪的优点，提出在进口处风道设置流线型装置等调整风道结构的措施,优化风道内气流流动,减小流动阻力,以改善设备性能；同时研究噪声控制方法,在风道入口设置流线型的吸声材料风道,进一步减少传入室内的噪声量。
自然界中生物为适应自然环境和满足生存需要，经过亿万年的进化，优化出与生存环境高度适应的最佳适应性和独特的功能特征，如鸮类具有独特的消声飞行能力。受到鲨鱼表面微沟槽结构的启发,NASA兰利研究中心的Walsh等设计了多种沟槽结构,通过风洞测试,最终发现V形沟槽具有良好的减阻效果,最高减阻率接近25%。我们知道模仿鲨鱼皮设计的泳衣能够降低游泳者的阻力，研究发现鲨鱼的菱形表面织构减小了端流强度,改善了近壁面的流动情况,进而能够起到降噪的特殊效果。本发明采用鲨鱼背部的流线型轮廓线和表皮的菱形结构进行设计，首先在Solidworks里截取鲨鱼背部的流线型轮廓线，修饰之后，把轮廓线分为24段，在MATLAB中进行三次样条插值，最后得到该轮廓线的函数表达式和曲线。然后以得到的曲线为母线，以管径为半径进行旋转即可得到本风道的内表面。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种渐变降噪仿生流线型风道,其特征在于：包括由吸声材料制成的圆环形管状壳体(2)，所述壳体(2)内部风道沿轴向方向设有一条流线形通道,所述流线形通道的内表面曲面轮廓采用流线形鱼类的仿生设计，且所述流线形通道的内表面设置有降噪层(1)，所述壳体(2)的两端分别为入风口(4)和出风口(5)。
2.根据权利要求1所述的渐变降噪仿生流线型风道,其特征在于，所述流线形通道的内表面曲面轮廓的形状确定如下：首先利用逆向工程技术对流线形鱼类的照片进行调节处理，使其背部轮廓更加鲜明；然后利用逆向工程技术截取照片中鱼背部的流线型轮廓线，处理修饰细节之后，把获得的轮廓线等分为若干段，并且记录每一个点的纵横坐标；对所述轮廓线进行三次样条插值，得到该轮廓线的曲线和函数表达式；最后以得到的曲线为母线，以管径为半径进行旋转即可得到所述风道的内表面曲面轮廓。
3.根据权利要求2所述的渐变降噪仿生流线型风道,其特征在于：所述的流线形鱼类为鲨鱼。
4.根据权利要求1所述的渐变降噪仿生流线型风道,其特征在于：所述吸声材料为聚氨酯泡沫塑料。
5.根据权利要求1所述的渐变降噪仿生流线型风道,其特征在于：所述的降噪层(1)为贴附在所述流线形通道的内表面的仿鱼类表皮结构的降噪膜。
6.根据权利要求5所述的渐变降噪仿生流线型风道,其特征在于：所述降噪膜由仿造鲨鱼皮表面的菱形织构制成。
7.根据权利要求1所述的渐变降噪仿生流线型风道,其特征在于：所述的降噪层(1)为具有降噪作用的微沟槽结构。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的渐变降噪仿生流线型风道,其特征在于：所述壳体(2)外壁包覆有一层弹性膜(6)。
9.根据权利要求8所述的渐变降噪仿生流线型风道,其特征在于：所述弹性膜(6)的材料为聚氨酷弹性体。
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