CN209761853U - 风轮的叶片 - Google Patents

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CN209761853U CN201920582629.XU CN201920582629U CN209761853U CN 209761853 U CN209761853 U CN 209761853U CN 201920582629 U CN201920582629 U CN 201920582629U CN 209761853 U CN209761853 U CN 209761853U
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王梦豪
吴立明
刘小民
周俊华
郭绍胜
张伟源
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30—Vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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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
    • F04D29/666—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by means of rotor construction or layout, e.g. unequal distribution of blades or vanes

Abstract

本实用新型公开了一种风轮的叶片，根据本实用新型实施例的风轮的叶片，所述叶片沿前后方向延伸，且所述叶片具有位于上侧的背风面和位于下侧的迎风面，以垂直于左右方向的平面截取所述迎风面形成下表面型线、截取所述背风面形成上表面型线。根据本实用新型实施例的风轮的叶片，具有很好地降噪效果。

Description

风轮的叶片
技术领域
本实用新型涉及动力设备技术领域，特别涉及一种风轮的叶片。
背景技术
窗式空调器因其结构简单、生产成本较低、价格便宜、安装方便等优点，在北美、东南亚以及我国香港和台湾等地具有较高的市场占有率。在空调外观、性能改进的同时，噪声问题越发引起用户、企业和科研人员的注意，因而开展窗式空调器的降噪技术研究具有十分重要的实际应用价值。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种风轮的叶片，具有很好地降噪效果。
根据本实用新型实施例的风轮的叶片，所述叶片沿前后方向延伸，且所述叶片具有位于上侧的背风面和位于下侧的迎风面，以垂直于左右方向的平面截取所述迎风面形成下表面型线、截取所述背风面形成上表面型线，以所述下表面型线的前端点为原点、以所述下表面型线的两端点的连线作为x轴、以上下方向为Y轴建立坐标系，所述下表面型线满足：
其中，Zc为叶片的中弧线坐标，Zlower为下表面型线的Y坐标值，Zt为叶片沿上下方向的厚度在x轴上的分布，c为下表面型线沿左右方向的长度，x为x轴坐标，η＝x/c，Zc(max)为中弧线的最大Y轴坐标值，Sn为描述叶片的多项式系数，Zt(max)为叶片的最大厚度，An为描述叶片的多项式系数。
根据本实用新型实施例的风轮的叶片，具有很好地降噪效果。
另外，根据本实用新型上述实施例的风轮的叶片，还可以具有如下附加的技术特征：
一些实施例中，Sn和An是通过最小二乘法拟合得到的多项式系数。
一些实施例中，其中S1＝3.9362，S2＝-0.7705，S3＝0.8485，A1＝-29.4861，A2＝66.4565，A3＝-59.806，A4＝19.0439。
一些实施例中，Zc(max)和Zt(max)满足：
其中，ξ∈[0,1]
一些实施例中，ξ＝0.4。
一些实施例中，所述上表面型线Zupper满足
其中，Zupper为上表面型线的Y坐标值。
一些实施例中，所述迎风面的前端点与所述背风面的前端点相连，所述迎风面的后端点与所述背风面的后端点相连。
附图说明
图1和图2是本实用新型一个实施例的叶片的示意图。
图3和图4是本实用新型一个实施例的叶片的剖面图。
图5是本实用新型一个实施例的风轮的示意图。
图6是本实用新型一个实施例的风轮的剖视图。
图7是本实用新型不同组别的风轮中叶片的中弧线布置形式示意图。
图8是本实用新型不同组别的风轮中叶片布置形式示意图。
图9是本实用新型一个实施例中叶片的示意图。
具体实施方式
窗式空调器的噪声主要由机械噪声、电磁噪声、气动噪声组成，其中气动噪声占比最大，因此风道系统的噪声成为空调降噪的重点研究工作。风道系统主要由蜗壳和叶轮组成，单纯对于窗式空调风道系统的降噪研究较少，但对于离心风机的的噪声问题具有较为广泛的研究。叶轮是风机中的旋转部件，对风机的能量传递起着重要作用，也是重要的噪声来源。
长耳鸮在8m/s的飞行速度下可实现无声扑食，此速度也对应一般风机气流的进口速度，提取气动性能良好和低噪声特性的40％截面翼型，其可以应用于风机叶型改进当中。
本实用新型提取具有低噪特性的长耳鸮翅膀40％展向翼型，以某型号窗式空调用离心风机为研究对象，采用数值模拟的方法分析仿鸮翼翼型不同中弧线的应用方式对风机噪声性能的影响，并通过实验手段验证数值计算模型和优化设计的有效性，对其降噪效果进行可视化分析。
其中，40％展向翼型是指长耳鸮翅膀沿翼展方向(翅膀伸长方向)40％位置截面的翼型，其表现出高效低噪的性能；同样地也可以采用30％等的展向翼型。
当然，本实用新型中的叶片、风轮等并不限于用在窗式空调器中。
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
如图1，根据本实用新型实施例的风轮的叶片1，叶片1沿前后方向延伸，且叶片1具有位于上侧的背风面101和位于下侧的迎风面104，迎风面104包括下凸面102和上凹面103，下凸面102呈至少一部分向下朝远离背风面101凸起的形状，上凹面103呈至少一部分向上朝向背风面101凹陷的形状，且上凹面103位于下凸面102的后侧。
根据本实用新型实施例的风轮的叶片1，在气流经过迎风面104时，将会首先经过下凸面102，然后再经过上凹面103，经过上凸面和下凸面102的引导，可以有效地降低气流的噪音。
需要说明的是，所述的上凹和下凸是以叶片本身为参考的具体而言，以连接迎风面的前边沿和后边沿的面为参照面，向下凸出该参照面即为下凸，而相对于该参照面向上凹陷即为上凹。具体而言，参照面是按照如下方法定义的，取迎风面的前边沿上的一点，在迎风面的后边沿上找到与该点对应的点，连接这两个点形成一条线，选取迎风面的前边沿上的所有点做线，这些线组合在一起就形成了所述的参照面。
当然，这仅是本实用新型的一个实施例，也就是说，本实用新型中的气流方向、引导气流的面可以是其他的形式，例如，气流先通过上凹面后通过下凸面。
另外，还需要说明的是，本实用新型中的上、下、左、右、前、后等方向是基于附图进行的描述，对于叶片不同的使用、摆放形式，这些方向将相应的变化。另外，下述的高度等等描述，也是基于附图中的方向来说的，其目的是为了简化表述以方便理解，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
在图1示出的实施例中，迎风面的前边沿和后边沿相互平行，则参照面形成为一个平面，而对于迎风面的前边沿和后边沿不平行时，参照面可以不是平面。例如，迎风面的前边沿和后边沿相互倾斜；或者迎风面的前边沿和后边沿中的至少一个为弧线形状。
在本实用新型的一些实施例中，下凸面102沿前后方向的尺寸L1小于上凹面103沿前后方向的尺寸L2。可以提高下凸面102的导流作用，从而降低噪音。
以气流先经过下凸面102为例，在下凸面102的引导作用下，可以将更好地气体引导至叶片上，从而提高叶片的输送效率，而且，可以避免紊流。
另外，本实用新型中，也可以将L1设置成大于L2，同样可以降低噪音。
进一步地，L1和L2的比值可以具有不同的形式，例如L1：L2在1:9到1:5的范围内。优选地，L1：L2在1:8到1:6的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，下凸面102下凸的高度H1小于上凹面103上凹的高度H2。可以在气流被下凸面102引导之后，进入到上凹面103内，由于上凹面103的深度比较大，气流将会被上凹面103甩出，不仅可以减小或避免由于气流的不稳定流通产生的噪音，而且，还可以方便气流送出，从而使得气流可以快速稳定地送出，提高送风的效率。
进一步地，H1：H2在1:5到1:3的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，下凸面102下凸的高度为H1，迎风面104沿前后方向的尺寸为LY，H1：LY在0.02到0.03的范围内。
进一步地，上凹面103上凹的高度为H2，迎风面104沿前后方向的尺寸为LY，H2：LY在0.08到0.1的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，下凸面102的顶部与下凸面102的前边沿在前后方向上的距离为L3，下凸面102的顶部与下凸面102的后边沿在前后方向上的距离为L4，L3＜L4。
优选地，L3/L4在1/5到1/3的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，下凸面102的顶部与下凸面102的前边沿在前后方向上的距离为L3，迎风面104沿前后方向的尺寸为LY，L3/LY在0.0125到0.05的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，上凹面103的顶部与上凹面103的前边沿在前后方向上的距离为L5，上凹面103的顶部与上凹面103的后边沿在前后方向上的距离为L6，L5＜L6。
进一步地，L5/L6在0.7到0.9的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，上凹面103的顶部与上凹面103的后边沿在前后方向上的距离为L6，迎风面104沿前后方向的尺寸为LY，L6/LY在0.45到0.55的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，下凸面102的后边沿与上凹面103的前边沿相连。进一步地方便对气流的引导。
另外，下凸面102和上凹面103之间也可以通过平面、曲面或其他形式的面连接起来。
进一步地，下凸面102的前边沿延伸至迎风面104的前边沿。更进一步地，上凹面103的后边沿延伸至迎风面104的后边沿。进一步地提高对气流的引导效果。
优选地，下凸面102和上凹面103均为弧面。另外，本实用新型中的下凸面102、下凹面103还可以为其他的形式，例如有多个平面连接而成等。
有利地，迎风面104为平滑的弧面。也就是说，迎风面104上的各处为平滑过渡，例如，可设置圆角的方式进行平滑过渡。
在本实用新型的一些实施例中，背风面101的至少一部分呈向上凸起的形状。背风面也可以起到引导气流的作用。
进一步地，背风面101从前边沿到后边沿为先向上后向下延伸的形状。也就是说，背风面不具有起伏的形状，仅仅是单一的平面，或者说，连接背风面上任意两点的直线均位于背风面的内侧(下侧)。
有利地，背风面101的顶部与背风面101的前边沿在前后方向上的距离为L7，背风面101的顶部与背风面101的后边沿沿前后方向的距离为L8，L7＜L8。
进一步地，L7/L8在1/3到2/3的范围内。
有利地，背风面101上凸的最大高度H3与背风面101在前后方向上的尺寸LB的比值H3/LB在0.14到0.16的范围内。
在本实用新型的附图1中，由于背风面的前边沿与迎风面的前边沿相连，背风面的后边沿与迎风面的后边沿相连，因此，背风面沿前后方向的尺寸LB与迎风面沿前后方向的尺寸LY相同。
优选地，H3/LB在在0.153到0.154的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，迎风面104的前边沿与背风面101的前边沿相连
进一步地，迎风面104的后边沿与背风面101的后边沿相连。
有利地，背风面101为平滑的弧面。
优选地，叶片1的前缘厚度大于叶片1的后缘厚度，且叶片1的厚度从前缘到后缘逐渐减小。
在本实用新型的一些实施例中，叶片1的厚度在前后方向上先增大后减小。
进一步地，叶片1上叶片1的前端沿间距为0.1LP到0.2LP的位置具有最大厚度，其中LP为叶片1沿前后方向的长度。
在本实用新型的一些实施例中，叶片1从前缘到后缘沿中部上凸的弧线延伸。
另外，本实用新型还提供了另一种叶片。
如图2，根据本实用新型实施例的风轮的叶片1，叶片1沿前后方向延伸，且叶片1具有位于上侧的背风面101和位于下侧的迎风面104，下表面型线104’包括下凸线102’和上凹线103’，具体而言，以垂直于左右方向的平面截取叶片，其中，迎风面在截面上形成下表面形成，背风面在截面上形成上表面型线。其中，下凸线102’呈至少一部分向下朝远离上表面型线101’凸起的形状，上凹线103’呈至少一部分向上朝向上表面型线101’凹陷的形状，且上凹线103’位于下凸线102’的后侧。
根据本实用新型实施例的风轮的叶片1，可以有效地降低气流的噪音。
需要说明的是，所述的上凹和下凸是以叶片本身为参考的具体而言，以连接下表面型线的前端点和后端点的面为参照面，向下凸出该参照面即为下凸，而相对于该参照面向上凹陷即为上凹。具体而言，参照面是按照如下方法定义的，取下表面型线的前端点上的一点，在下表面型线的后端点上找到与该点对应的点，连接这两个点形成一条线，选取下表面型线的前端点上的所有点做线，这些线组合在一起就形成了所述的参照面。
另外，需要说明的是，在前面的实施例描述的叶片中，采用垂直于左右方向截取叶片，可以获得本申请中的上表面型线、下表面型线等结构，但是并非意味着本申请中的叶片与前面实施例中的叶片相同，本申请中的上表面型线与下表面型线的组合可以获得不同实施例的叶片。
例如，将叶片设置成由错开布置的多个部分组成，可以是每一个部分的截面具有本实用新型中的上表面型线和下表面型线，也可以是只有一部分的截面上具有本实用新型中所述的上表面型线和下表面型线。
在本实用新型的一些实施例中，下凸线102’沿前后方向的尺寸L1’小于上凹线103’沿前后方向的尺寸L2’。可以提高下凸线102’的导流作用，从而降低噪音。
进一步地，L1’：L2’在1:9到1:5的范围内。
优选地，L1’：L2’在1:8到1:6的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，下凸线102’下凸的高度H1’小于上凹线103’上凹的高度H2’。可以在气流被下凸线102’引导之后，进入到上凹线103’内，由于上凹线103’的深度比较大，气流将会被上凹线103’甩出，不仅可以减小或避免由于气流的不稳定流通产生的噪音，而且，还可以方便气流送出，从而使得气流可以快速稳定地送出，提高送风的效率。
进一步地，H1’：H2’在1:5到1:3的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，下凸线102’下凸的高度为H1’，下表面型线104’沿前后方向的尺寸为LY’，H1’：LY’在0.02到0.03的范围内。
进一步地，上凹线103’上凹的高度为H2’，下表面型线104’沿前后方向的尺寸为LY’，H2’：LY’在0.08到0.1的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，下凸线102’的顶部与下凸线102’的前端点在前后方向上的距离为L3’，下凸线102’的顶部与下凸线102’的后端点在前后方向上的距离为L4’，L3’＜L4’。
优选地，L3’/L4’在1/5到1/3的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，下凸线102’的顶部与下凸线102’的前端点在前后方向上的距离为L3’，下表面型线104’沿前后方向的尺寸为LY’，L3’/LY’在0.0125到0.05的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，上凹线103’的顶部与上凹线103’的前端点在前后方向上的距离为L5’，上凹线103’的顶部与上凹线103’的后端点在前后方向上的距离为L6’，L5’＜L6’。
进一步地，L5’/L6’在0.7到0.9的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，上凹线103’的顶部与上凹线103’的后端点在前后方向上的距离为L6’，下表面型线104’沿前后方向的尺寸为LY’，L6’/LY’在0.45到0.55的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，下凸线102’的后端点与上凹线103’的前端点相连。
进一步地，下凸线102’的前端点延伸至下表面型线104’的前端点。
更进一步地，上凹线103’的后端点延伸至下表面型线104’的后端点。
优选地，下凸线102’和上凹线103’均为弧面。
有利地，下表面型线104’为平滑的弧面。
在本实用新型的一些实施例中，上表面型线101’的至少一部分呈向上凸起的形状。
进一步地，上表面型线101’从前端点到后端点为先向上后向下延伸的形状。
有利地，上表面型线101’的顶部与上表面型线101’的前端点在前后方向上的距离为L7’，上表面型线101’的顶部与上表面型线101’的后端点沿前后方向的距离为L8’，L7’＜L8’。
进一步地，L7’/L8’在1/3到2/3的范围内。
有利地，上表面型线101’上凸的最大高度H3’与上表面型线101’在前后方向上的尺寸LB’的比值H3’/LB’在0.14到0.16的范围内。
在本实用新型的附图2中，由于上表面型线的前端点与下表面型线的前端点相连，上表面型线的后端点与下表面型线的后端点相连，因此，上表面型线沿前后方向的尺寸LB’与下表面型线沿前后方向的尺寸LY’相同。
优选地，H3’/LB’在在0.153到0.154的范围内。
在本实用新型的一些实施例中，下表面型线104’的前端点与上表面型线101’的前端点相连
进一步地，下表面型线104’的后端点与上表面型线101’的后端点相连。
有利地，上表面型线101’为平滑的弧面。
优选地，叶片1的前缘厚度大于叶片1的后缘厚度，且叶片1的厚度从前缘到后缘逐渐减小。
在本实用新型的一些实施例中，叶片1的厚度在前后方向上先增大后减小。
进一步地，叶片1上叶片1的前端沿间距为0.1LP到0.2LP的位置具有最大厚度，其中LP为叶片1沿前后方向的长度。
在本实用新型的一些实施例中，叶片1从前缘到后缘沿中部上凸的弧线延伸。
另外，本实用新型还提供了另一种实施例的风轮的叶片。需要说明的是，本实用新型提供的不同实施例的叶片可以结合在一起。
根据本实用新型实施例的风轮的叶片，叶片沿前后方向延伸，且叶片具有位于上侧的背风面和位于下侧的迎风面，以垂直于左右方向的平面截取所述迎风面形成下表面型线、截取所述背风面形成上表面型线，以所述下表面型线的前端点为原点、以所述下表面型线的两端点的连线作为x轴、以上下方向为Y轴建立坐标系，所述下表面型线满足：
其中，Zc为叶片的中弧线坐标，Zlower为下表面型线的Y坐标值，Zt为叶片沿上下方向的厚度在x轴上的分布，c为下表面型线沿左右方向的长度，x为x轴坐标，η＝x/c，Zc(max)为中弧线的最大Y轴坐标值，Sn为描述叶片的多项式系数，Zt(max)为叶片的最大厚度，An为描述叶片的多项式系数。
根据本实用新型实施例的风轮的叶片，采用了鸮翼型的叶片设计，可以保证或提高送风效果的情况下，降低噪音。
根据本实用新型的一个实施例，Sn和An是通过最小二乘法拟合得到的多项式系数。
进一步地，S1＝3.9362，S2＝-0.7705，S3＝0.8485，A1＝-29.4861，A2＝66.4565，A3＝-59.806，A4＝19.0439。
优选地，Zc(max)和Zt(max)满足：
其中，ξ∈[0,1]
有利地，ξ＝0.4。
根据上述各式，提取长耳鸮翅膀40％截面翼型，翼型具体参数如表1所示，其中+y/c为叶片上表面型线相对坐标，-y/c为叶片下表面型线相对坐标。图9是根据翼型数据点绘制的仿鸮翼翼型型线。
进一步地，所述上表面型线Zupper满足：
其中，Zupper为上表面型线的Y坐标值。
进一步地，所述迎风面的前端点与所述背风面的前端点相连，所述迎风面的后端点与所述背风面的后端点相连。
表1仿鸮翼翼型参数
另外，本实用新型还提供了一种风轮100，包括：壳体2和叶片1，壳体2具有进风口201和出风口202，叶片设在壳体上，且叶片沿从进风口到出风口的方向延伸，叶片为根据前述的风轮的叶片。
进一步地，叶片包括多个，多个叶片间隔布置成环形，且叶片沿环形的径向从前缘延伸到后缘。
有利地，叶片从前缘到后缘沿弧线延伸。进一步地，叶片从前缘到后缘沿圆弧线延伸。
优选地，叶片的前缘邻近环形的中心，叶片的前缘的安装角在20°到60°的范围内，叶片的后缘的安装角在80°到120°的范围内。
为了清楚的说明具有本实用新型叶片的风轮的优势，本实用新型中详细描述了对风轮的测试方式。
本实用新型的叶片对于降低风轮的噪音，提高风轮的送风效果，本实用新型在如下测试环境下对本实用新型的风轮进行了测试。
1数值计算
1.1物理模型
以窗式空调器室为例，窗式空调器室内侧风道系统主要由蜗壳和叶轮组成。
根据风道系统结构对流体区域进行三维建模，流体区域主要分为进口区、叶轮区、蜗壳区(进出口分别延伸0.5、1倍叶轮外径)，采用ICEM进行非结构网格划分，在叶轮叶片前尾缘和蜗舌区域进行局部网格加密，在选择的湍流模型近壁方程的前提下，使得网格区域的y+值处于30～100之间。为保证数值计算的准确性和有效性，对网格进行无关性验证，最终进口区网格79万、叶轮区域网格153万、蜗壳区域网格172万，共计404万。
1.2流场计算
1.2.1定常计算
采用商业软件Fluent对其内部流场进行数值计算，控制方程为Navier-Stokes方程，湍流计算采用Realizable k-epsilon模型，近壁方程采用标准壁面函数，压力速度耦合采用SIMPLE算法，压力离散格式采用PRESTO！格式，动量方程、能量方程和湍流耗散方程均采用二阶迎风格式，计算收敛残差设置为10-4。进口边界给定总压为0Pa，出口给定静压0Pa计算最大风量。蜗壳区、进口区设置为静止区域，叶轮区设置为旋转区域，采用FrameMotion模型，设定旋转区域转速为1500rpm。
1.2.2非定常计算
以定常计算的收敛解作为初始值进行非定常计算，时间项选用二阶隐式格式，叶轮区为旋转区域改用Mesh Motion模型，非定常计算的时间步长由下式确定：
式中：K为每一个时间步内的最大迭代步数，取K＝30；n为叶轮转速，n＝1500rpm；Z为叶轮叶片数，Z＝11。
根据计算，本实用新型非定常计算过程中时间步长取为1.21×10-4s，叶轮旋转5周，监控变量的计算结果出现明显的周期性变化，表明风机内流达到了稳定流动状态。
1.2.3噪声计算
将非定常计算得到稳定流场作为FW-H声学方程的输入条件，并设置噪声源和接收点，再进行叶轮旋转5周的瞬态计算。由于Fluent软件中采用积分解法对远场噪声进行计算，不需要对流场外建立额外的声学网格，所以在设置噪声源和接收点时，噪声源设置为蜗壳和叶轮壁面，并按照GBT 7725-2004《房间空气调节器》中窗式空调器室内侧规定的测试点设置噪声接收点，以便和实验进行对比，根据坐标系最终接收点设置为(-40.32mm,8.01mm,1110.6mm)。
声场计算完成后，通过快速Fourier变换可得到噪声计算的频谱图。其中叶片的通过频率可以按下式计算：
式中：I为谐波序号(I＝1时为基频)。通过式(8)计算得到的风机基频为275Hz，波长为1.2364m。由于波长远大于风机的特征尺寸，因此噪声计算中蜗壳和叶轮之间噪声的反射、衍射和散射作用可以忽略不计。
2试验测试
2.1气动性能测试
气动性能测试按照《GB/T1236-2000工业通风机用标准化风道进行性能试验》进行，采用B型试验装置，系统主要由试验风机、辅助风机、喷嘴、温度传感器、差压变送器以及数据采集系统组成。通过上述装置及仪器，选取适合试验的喷嘴直径，经数据采集系统最终得到风机流量。试验中去除出口格栅、除尘网、蒸发器等部件，只保留风机部分，其目的是便于与数值计算比较。
2.2噪声测试
噪声测试在专业半消音室中进行，实验室本底噪声17.0dB，试验采用B&K 4189型声压传感器测量声压，通过B&K 2669型前置放大器，传送至LMS SCADAS Mobile SCM01数据采集系统，采集信号通过LMS Test.Xpress 7A振动噪声分析软件进行处理，实验之前采用B&K 4231型声学校准器对声压传感器进行校准，待运行稳定后进行测试。实验装置满足GBT7725-2004《房间空气调节器》规定，试验噪声测试点按照标准进行测量，即距离空调前表面1m和距离地面1m，和噪声计算的接收点相同。
2.3试验测试与数值模拟对比验证
表2给出了试验测试和数值模拟的对比结果。风机试验是在空调整机去除出口格栅、除尘网、蒸发器的情况下进行的，通过前期试验测试发现出口栅格、除尘网、蒸发器等空调部件，对风量具有一定影响，对噪声影响不大，因此空调降噪可着重针对于风机噪声的降低。对单纯风机进行数值模拟，这样可以简化计算模型，节省计算时间，同时可达到噪声预测的目的。对比风机的试验和数值计算结果，误差均在5％以内，表明计算方法可靠，可以准确模拟风机的气动性能和噪声。
表2试验测试和数值模拟的对比结果。
3仿鸮翼叶片的应用
长耳鸮翅膀40％截面翼型存在其特有的中弧线，因此翼型在风机叶型的改进中就存在多种应用方式，可以按照常规的单圆弧中弧线分布，也可以按照其自身的翼型中弧线进行分布。本实用新型利用提取的仿鸮翼翼型，按照原型叶片的中弧线、单圆弧中弧线、翼型中弧线进行仿鸮翼翼型的布置，又因为叶片进出口安装角同中弧线的固定关系，按翼型中弧线分布为保证其原有的中弧线型线，分别确保叶片的进口安装角和出口安装角同原型叶片相同，因此共四种不同的翼型布置方式。四种不同的中弧线分布如图7所示，加装四种仿鸮翼翼型的叶型如图8所示，叶轮的相关参数见表3，其中组别1、2、3、4分别是仿鸮翼翼型按照原型中弧线、单圆弧中弧线、进口安装角相同的翼型中弧线、出口安装角相同的翼型中弧线进行分布。
表3原型和仿鸮翼叶轮相关参数
采用数值模拟的方法分别计算四种应用仿鸮翼叶片风机的风量和噪声，且为了保证计算结果的可比性，四种不同的仿鸮翼叶片风机采用相同的计算模型、网格划分和计算方法，具体结果如表4所示。
表4原型和四种仿鸮翼叶片风机的计算结果
分析表4可知，仿鸮翼翼型不同的应用方式对风机气动性能和噪声产生不同的效果。采用仿鸮翼翼型按照叶片进口安装角同原型相同的中弧线分布的风机风量较原型增加13m3/h，但同时噪声也增加0.4dB；采用仿鸮翼翼型按照原型中弧线、单圆弧中弧线和叶片出口角同原型相同的中弧线分布的风机在保持风量基本不变的情况下，噪声均有不同程度的降低，其中仿鸮翼翼型按单圆弧中弧线分布噪声降低程度最大，较原型相比可降低1.7dB。由此可以看出，将仿鸮翼翼型应用于离心风机中，在保证风机气动性能的同时可较大程度降低风机的气动噪声。
5试验结果及降噪分析
5.1试验结果
在数值模拟的基础上，采用试验测试的方法对计算结果进行比较验证。采用ABS材料对最佳降噪效果的仿鸮翼叶轮(组别2)进行手板加工，即仿鸮翼翼型按照单圆弧中弧线分布的叶轮，保持与原型叶轮同样的材料，从而忽略材料对风机性能和噪声的影响。
表5给出了试验测试和数值模拟的比较结果。由表5可以看出，采用仿鸮翼叶片的风机试验测试和数值模拟都表现出风机风量在基本不变的同时噪声有明显的下降。相比于实验测试，数值模拟的结果显示仿鸮翼叶片风机的风量和试验测量风量差距较小，相对误差为1.7％，而噪声的相对误差为3.4％，在工程允许误差的范围内，可以认为数值计算可以对噪声进行定量的预测。通过试验验证，仿鸮翼翼型叶片的使用可以降低风机噪声1.3dB，表现出良好的降噪效果。
表5试验测试和数值模拟的比较结果
5.2内流及噪声分析
下面以最佳降噪效果的仿鸮翼翼型应用方式为例，与原型相比分析其内流及降噪机理。
分析可以看出，原型叶轮和仿鸮翼叶轮在蜗壳出口处流动状况良好，流动基本一致，但带有仿鸮翼叶片的风机叶轮区域流动可以更好的附着叶片表面，有利于流体流动的稳定性。在蜗壳内部的叶轮区域，仿鸮翼翼型叶轮流动表现更优，相比原型叶片在吸力面低速区域减少，流动分离减弱，抑制了涡流的产生和发展，宏观方面噪声表现为风机宽频噪声的降低。
风机叶片的通过频率为275Hz，与图中计算的旋转频率基本一致，噪声随频率呈现出明显的周期性，在基频和倍频处噪声出现明显的峰值，与理论分析一致。从图中可以看出采用仿鸮翼叶片的风机在各个频率处噪声分布基本都低于原型叶片风机，在基频和倍频处峰值也低于原型叶片风机，其中275Hz、1375Hz、3025Hz频率处噪声峰值分别降低1.0dB、2.2dB、3.7dB，最终数值计算结果为噪声降低1.7dB，表明采用仿鸮翼叶片的风机良好的低噪声特性。
采用1/3倍频程频谱分析可以更加明确的反应噪声源的频谱特性，与原型风机相比，带有仿鸮翼叶片的风机在整个频段噪声都有所降低，可以看出带有仿鸮翼叶片的风机在600Hz之后的频率上噪声降低更为明显，这与鸮类在中低频率段产生低噪音飞行的现象是一致的。风机宽频噪声和离散噪声都有所降低，表明仿鸮翼叶片的使用对于流动分离引起的涡流噪声和叶片与蜗舌之间非定常作用引起的旋转噪声都有改善作用。
声压脉动时均值直接反应声源区域，并清楚显示各部位对噪声的贡献值。由于叶轮是开式叶轮，且集流器出口比叶轮内径大，因此轴向进气对叶轮前盘端部冲击较大，又因为气流在轴向转径向的过程中，叶片前缘受到气流冲击较大，在图中表现为叶轮前盘端部和叶片前缘压力脉动值较大，对噪声贡献较多。对比原型叶片和仿鸮翼叶片，可以发现仿鸮翼叶片的使用可以减轻叶片前缘的压力脉动，其前缘结构可使气流更加平稳的经轴向转径向从而进入叶轮流道，有效抑制前缘区域压力脉动产生的噪声。可以看出仿鸮翼叶片的使用降低了蜗壳蜗舌部位的压力脉动，局部压力脉动剧烈的区域减小，可以减弱叶片与蜗舌的非定常作用。
6结论
本实用新型提取气动性能良好和低噪特性的长耳鸮翅膀40％截面翼型，并将其应用于窗式空调用离心风机叶片的叶型改进当中，采用数值模拟的方法研究了仿鸮翼翼型不同应用方式的降噪效果，分析其最佳效果的内流及降噪机理，并进行了试验验证，得到以下结论：
(1)窗式空调器的降噪问题主要在于风机气动噪声的降低，针对窗式空调用离心风机建立的数值计算模型和计算方法能有效模拟风机的风量和噪声。
(2)四种不同的仿鸮翼翼型分布当中，翼型按自身中弧线分布(叶片进口安装角同原型相同)的风机风量较原型增加13m3/h，但同时噪声也增加0.4dB；翼型按原型中弧线、单圆弧中弧线、翼型自身中弧线(叶片出口安装角同原型相同)的风机在风量保持不变的同时，噪声均有所降低，其中翼型按单圆弧中弧线分布的风机噪声通过试验验证可降低1.3dB；
(3)分析其最佳降噪效果的仿鸮翼叶片风机，发现翼型叶片的使用可减少叶轮流道内的低速分离区域，抑制涡流的产生和发展，翼型前缘结构可使气流更加平稳的经轴向转径向，减弱叶片前缘的压力脉动，有效抑制前缘区域压力脉动产生的噪声，并减轻蜗壳与蜗舌区域的压力脉动，风机宽频噪声和离散噪声都有所降低。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种风轮的叶片，其特征在于，所述叶片沿前后方向延伸，且所述叶片具有位于上侧的背风面和位于下侧的迎风面，以垂直于左右方向的平面截取所述迎风面形成下表面型线、截取所述背风面形成上表面型线，以所述下表面型线的前端点为原点、以所述下表面型线的两端点的连线作为x轴、以上下方向为Y轴建立坐标系，所述下表面型线满足：
其中，Zc为叶片的中弧线坐标，Zlower为下表面型线的Y坐标值，Zt为叶片沿上下方向的厚度在x轴上的分布，c为下表面型线沿左右方向的长度，x为x轴坐标，η＝x/c，Zc(max)为中弧线的最大Y轴坐标值，Sn为描述叶片的多项式系数，Zt(max)为叶片的最大厚度，An为描述叶片的多项式系数。
2.根据权利要求1所述的风轮的叶片，其特征在于，Sn和An是通过最小二乘法拟合得到的多项式系数。
3.根据权利要求2所述的风轮的叶片，其特征在于，其中S1＝3.9362，S2＝-0.7705，S3＝0.8485，A1＝-29.4861，A2＝66.4565，A3＝-59.806，A4＝19.0439。
4.根据权利要求3所述的风轮的叶片，其特征在于，Zc(max)和Zt(max)满足：
其中，ξ∈[0，1]。
5.根据权利要求4所述的风轮的叶片，ξ＝0.4。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的风轮的叶片，所述上表面型线Zupper满足
其中，Zupper为上表面型线的Y坐标值。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的风轮的叶片，其特征在于，所述迎风面的前端点与所述背风面的前端点相连，所述迎风面的后端点与所述背风面的后端点相连。
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