CN107489658A

CN107489658A - 基于叶片改型的电风扇降噪方法及改进的电风扇叶片结构

Info

Publication number: CN107489658A
Application number: CN201710774039.2A
Authority: CN
Inventors: 田川; 杜绵银; 白鹏
Original assignee: China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Current assignee: China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2017-12-19

Abstract

本发明公开了基于叶片改型的电风扇降噪方法及改进的电风扇叶片结构，(1)、建立电风扇原始叶片结构流体力学计算模型；(2)、对电风扇原始叶片结构进行动力学分析，得到流场数据，并监测预设测点噪声声压级，所述流场数据包括叶片周围涡量值和涡结构分布；(3)、不断对电风扇叶片结构进行改型设计，并对改型后的电风扇叶片结构进行动力学分析，得到流场数据和测点噪声数据，减小叶片周围涡量值，并将大涡打碎成小涡，直至在相同输入功率保证风量不变的前提下，预设测点噪声声压级降低；(4)、制作风扇模型，通过实验测量风量和声压级，验证测点噪声声压级下降效果。本方法利用计算流体力学对风扇叶片进行改型降噪，针对性强，可操作性强。

Description

基于叶片改型的电风扇降噪方法及改进的电风扇叶片结构

技术领域

本发明涉及一种基于叶片改型的电风扇降噪设计方法，用于降低电风扇高转速下的整机噪声，提高电风扇同功率下的风量，属于机械结构设计技术领域。

背景技术

目前国内对家用电风扇的降噪研究很少，关于风扇噪声的研究集中在风洞风扇、离心式鼓风机风扇、航空发动机风扇以及笔记本电脑风扇等方面。

与上述几种高转速风扇先比，一般的电风扇尺寸较小而且转速较低(1000rpm以下)，所以在叶片的设计上存在很大的区别。目前文献中的降噪改型方法主要是基于直径较大的高转速风扇叶片，如增加螺旋桨桨叶数目，减小桨叶的总体积等方法。一般来说，要求风扇叶片数目一定，叶片直径一定，所以这些方法对于保证风量要求的电风扇叶片设计来说并不适用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于叶片改型的电风扇降噪设计方法，在保持风扇风量和输出功率不变的前提下，对叶片改型以达到降低整机噪声的目的。

本发明的技术解决方案是：基于叶片改型的电风扇降噪方法，该方法包括如下步骤：

(1)、建立电风扇原始叶片结构流体力学计算模型；

(2)、根据电风扇原始叶片结构流体力学计算模型，对电风扇原始叶片结构进行动力学分析，得到流场数据，并监测预设测点噪声声压级，所述流场数据包括叶片周围涡量值和涡结构分布；

(3)、不断对电风扇叶片结构进行改型设计，并对改型后的电风扇叶片结构进行动力学分析，得到流场数据和测点噪声数据，减小叶片周围涡量值，并将叶片周围的大涡打碎成小涡，直至在相同输入功率保证风量不变的前提下，预设测点噪声声压级降低；

(4)、按照步骤(3)所确定的风扇叶片结构，制作风扇模型，通过实验测量风量和声压级，如果在相同输入功率保证风量不变的前提下，预设测点噪声声压级相对于原始叶片结构有所下降并达到预设要求，则结束，否则，重复步骤(3)～步骤(4)，直至预设测点噪声声压级相对于原始叶片结构下降并达到预设要求。

所述步骤(1)的具体步骤为：

(1.1)、导入电风扇原始叶片结构三维几何模型，划分流体力学计算网格，根据外部输入的功率转速和电风扇原始叶片结构流体力学计算模型，计算风扇叶片的气动力，并计算远场某固定测点的气动噪声声压级数据；

(1.2)、将电风扇放置于固定位置，在一定的功率下开启电风扇，运转1小时待风量稳定后，在步骤(1.2)所述的远场固定测点位置用声级计测量声压级，得到远场某固定测点气动噪声声压级实验数据；

(1.3)、将远场某固定测点气动噪声声压级计算数据和远场某固定测点实验数据进行对比、分析，调整湍流模型种类，时间步长等计算模型参数，使远场某固定测点气动噪声声压级计算数据和远场某固定测点气动噪声声压级实验数据一致，从而确定电风扇原始叶片结构流体力学计算模型。

所述步骤(3)对电风扇叶片结构进行改型设计方法包括：改变叶片扭转角、对叶片增加翼型设计和在叶片后缘顶部打孔。

本发明的另一个技术解决方案为：一种改进的电风扇叶片结构，所述叶片后缘顶部上开有多个孔。

本发明的又一个技术解决方案为：一种改进的电风扇叶片结构，所述叶片截面加入NACA0012翼型。

本发明的再一个技术解决方案为：所述叶片扭转角度为10°～30°。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明关注气动噪声产生的主要原因：叶片附近涡量值较大、涡结构集中的地方，结合气动力分析的方法对叶片电风扇的叶片进行改型设计，从而降低电风扇的气动噪声。

(2)、本发明由于采用了叶片上打孔的改型方法，实现了电风扇整机降噪，能够降低噪声2dB，相比现有技术中加入吸音棉等被动降噪的方法，在满足电机功率和电风扇风量不降低的前提下，简化了设计的过程，降低了生产成本。

(3)、本发明由于采用了改变叶片扭转角度的改型方法，实现了电风扇整机降噪，能够降低噪声3dB，该方法通过改变叶片扭转角度，使得相邻叶片之间的气动干扰减小，从而降低了噪声。

(4)、本发明由于采用了叶片截面加入翼型设计方法改型，实现了电风扇整机降噪，能够降低噪声2dB，该方法通过在叶片截面加入翼型设计方法，延迟了叶片上流动分离的发生，从而减小了涡量值，降低了噪声。

附图说明

图1为本发明基于叶片改型的电风扇降噪方法流程图；

图2为本发明实施例电风扇叶片原型；

图3为本发明实施例叶片上打孔方式改型；

图5为本发明实施例改变叶片扭转角度方式改型；

图4为本发明实施例叶片截面加入翼型设计方法改型。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种电风扇降噪方法，步骤如下：

(1)、建立和验证电风扇原始叶片结构流体力学计算模型

(1.1)、导入电风扇原始叶片结构三维几何模型，如图2所示，划分流体力学计算网格，根据外部输入的功率转速和电风扇原始叶片结构流体力学计算模型，计算风扇叶片的气动力，并利用FW-H方法，计算远场某固定测点的气动噪声声压级数据；

具体的叶片改型设计优化和降噪方法除了改变叶片数量(如将叶片数量调整为5、7、9片)、改变叶片弦长(如：将弦长增大1-2cm，)、改变叶片形状(如：根据CFD计算结果，将气动负载沿展向分布峰值向内径方向移动；)、减小叶尖的厚度(如：适当减小叶尖厚度0.2-0.5mm，提高叶片的效率；)、加涵道等常规设计之外，还包括下列三种方法：

(3.1)、打孔：在叶片后缘顶部打10-15个直径为2mm的圆孔，如图3所示。

(3.2)、改变叶片扭转角：在15°到30°之间每隔2°改变扭转角度，如图4所示；

(3.3)、加入翼型设计：在叶片中加入NACA0012翼型设计，如图5所示；

基于上述基于叶片改型的电风扇降噪方法，本发明提供了以下三种改进的电风扇叶片结构：第一种：所述叶片后缘顶部上开有多个孔；第二种：所述叶片截面加入NACA0012翼型；第三种：所述叶片扭转角度为10°～30°，最佳的扭转角度为22°。为了达到更好的降噪效果，可以将这几种方法进行叠加。

实施例：

本发明尝试了十几种叶片改型方案，如改变叶片弯度、扭角，加入翼型设计等方法等；尝试了多参考系算法、非定常滑移网格算法等建模方法，研究了旋转机械湍流模型的选择，包括SA模型、k-epsilon模型。基于FW-H声比拟技术计算远场噪声，通过对流场和声场数据的分析发现，保持风量下，通过叶片改型能够降低噪声3dB，有显著效果。表1为三种改型方法的降噪效果对比。

表1三种方案各自的效果对比

改型方法	风扇噪声声压级降低值(dB)
		叶片后缘顶部打孔	2
改变叶片扭转角度	3
		加入NACA0012翼型	2

本发明说明书中未进行详细描述的部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims

1.基于叶片改型的电风扇降噪方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、建立电风扇原始叶片结构流体力学计算模型；

2.根据权利要求1所述的基于叶片改型的电风扇降噪方法，其特征在于所述步骤(1)的具体步骤为：

3.根据权利要求1所述的基于叶片改型的电风扇降噪方法，其特征在于所述步骤(3)对电风扇叶片结构进行改型设计方法包括：改变叶片扭转角、对叶片增加翼型设计和在叶片后缘顶部打孔。

4.一种改进的电风扇叶片结构，其特征在于：所述叶片后缘顶部上开有多个孔。

5.一种改进的电风扇叶片结构，其特征在于：所述叶片截面加入NACA0012翼型。

6.一种改进的电风扇叶片结构，其特征在于：所述叶片扭转角度为10°～30°。