【风扇降噪专题】前缘噪声

6月前浏览13767

本文摘要：（由ai生成）

本文探讨了仿生设计在风机叶片上的应用。罗马大学和埃尔朗根-纽伦堡大学的研究发现，模仿鲨鱼鳍的仿生叶片能显著降低风机噪声并提高效率。3D打印的仿生叶片在测试中显示气动效率提升，总声压级下降约5dB，并在不同流量下均能降噪。德国施乐佰的ZA Bluefin离心风机采用波浪形仿生叶片，实现效率提升4%，噪声降低近5dB，证明了仿生设计的实际应用效果。这种设计有望引领风机行业的技术革命。

海洋中的鲨鱼相信大多数人都没有亲眼见过，可能只在CCTV科教频道或者BBC蓝色星球纪录片里面见识它们巡航的场景。再广泛一点，或许在《老人与海》文字中想象那些豪迈的人鲨搏斗画面。

图1：鲨鱼戏水

1.一个想法

第一次看到对叶片前缘仿生处理是来自2015年罗马大学的一篇文章，他们的灵感正是来自于鲨鱼鳍前缘突起的形状。研究风机是一台直径2.24m，转速1500rpm的大型轴流风机，总声压级水平约为95dBA。考虑到叶尖位置速度高，是主要的噪声源。为此基于仿生学角度将叶尖位置的前缘改成类似鲨鱼鳍的形状。

图2：叶片仿生原理

基于仿真的研究方法，图3对比了尾缘叶尖处速度脉动与前缘仿生处理的趋势关系。可以看到仿生处理叶片尾缘速度脉动振幅明显下降，但是频率差异不大。虽然没有详细的声学计算或者样机验证，罗马的研究人员的这一类研究还是比较靠前的。

图3：叶片仿生原理

2018年，原班人马又将前缘仿生研究拓展到一款常见的离心风机如图4所示。该离心风机选用一款常见的NACA叶型，仿生策略是将整个叶片前缘使用正玄分布来近似仿生效果。

图4：前缘仿生技术在离心风机应用

图5显示叶片前缘经过仿生处理，不会影响中截面Span50%位置流场，但是仿生前缘叶片对靠近上端盖Span90%位置大分离漩涡具有良好的抑制作用。根据作者以往研究以及相关论文均发现，Span90%位置是此类离心风机一个主要的噪声源。

图5：流场对比结果

2.一场精细验证

埃尔朗根-纽伦堡大学同年在轴流风机上采用了叶片前缘仿生设计，该轴流风机直径500mm,转速1500rpm，叶片安装角为20°。初始模型叶片前缘在径向分布是一条直线。

图6：轴流风机示意图

为了定量研究前缘仿生锯齿的影响，将不同振幅和波长的正玄曲线集成到叶片前缘，相关信息如下图所示。通过3D打印制作仿生设计的风扇，分别在风洞和噪声实验室对比不同风扇的综合性能。注意到风机噪声测试上游添加格栅装置来提高进口湍流强度。

图7：仿生前缘锯齿参数

图8：轴流风机噪声测试

测试结果如图9所示，前缘锯齿叶片气动效率在整个工作范围均显示明显升高，同时总声压级下降~5dB。仿生风扇压差在设计点附近有小幅上升，然而在小流量附近显示有明显下降的趋势。综合以上对比可以得出结论：风扇前缘仿生锯齿处理可以显著增强风机整体性能。

图9：轴流风机气动和噪声性能对比

小流量（0.7m3/s）下噪声频谱对比如下图所示，当前流量下噪声的BPF峰值分布不明显，前缘锯齿叶片在400~2000Hz宽频范围内具有非常明显的降噪效果。对比不同的锯齿振幅和波长的频谱差异表现不明显，其中振幅167mm相比133mm锯齿有轻微的优势。

图10：噪声频谱结果对比（0.7m3/s）

与小流量前缘锯齿叶片主要影响宽频噪声相比，图11显示大流量（1.1m3/s）仿生设计不仅可以显著降低0~3000Hz宽频噪声，而且BPF和谐波频率均具有非常好的表现。

图11：噪声频谱结果对比（1.1m3/s）

3.一系列行业革命

德国施乐佰风机近几年在离心风机新产品 ZA Bluefin上应用叶片仿生技术，叶片前缘就是波浪形状，官网对此形状命名为Tubercle，与上文图2一致。可见这款风机设计与15年罗马大学研究肯定是有借鉴。

图12：施乐佰ZA Bluefin 离心风机

宣传册上性能对比显示ZABluefin 显示这款离心风机效率上升~4%，噪声下降接近5dB。这些数据与埃尔朗根-纽伦堡大学的研究成果对比还是挺值得相信。

图13：施乐佰ZA Bluefin性能

作者曾在制冷展上与施乐佰市场人员交流讨论这款风机，他们直言这款风机设计复杂不说，最大的挑战在于加工制造。也曾与丰富经验的风机设计造型工程师交流，他们也直言看完这款产品压根不知道如何制造出来。某些方面不服是真不行啊！

来源：懿朵科技

【经验谈】“轨道交通行业NVH技术点有哪些？”——李奇博士带你揭秘

本文摘要：（由ai生成）中欧轨道交通NVH培训课程在上海举办，为期两天，有70多名专家参与。法国专家Brice NELAIN主讲，从“研发-维护”角度深入探讨了NVH问题，涉及全方位知识点。内容包括NVH技术应用、欧洲标准、开发流程、噪声分析、疲劳问题、设备集成等。此次培训意在助力中国轨道交通企业了解欧洲技术进展，发现自身短板，提升NVH性能及可靠性，以更好地应对全球市场的风险和挑战，同时探讨延长机车寿命和降低成本的方法。一个讲了2天，70人参加的中欧轨道交通行业NVH培训课程是什么样子？李奇博士带您揭秘。一、活动的劲爆点（1）第一次从“研发—维护”角度讲授NVH问题。在国内主机厂及零部件企业探索如何在研发端引入NVH分析工具与方法，提升产品NVH性能之际。欧洲同行在30余年的经验/数据积累基础上，已经提出基于NVH技术的“智能研发-智能维护”产品全寿命周期管理理念，并开发出一系列的研发流程、仿真软件与硬件系统。（2）进入欧美市场前，您是否了解欧洲同行使用的标准？车内标准、车外标准？振动标准、噪声标准？（3）出口到欧美的机车项目如果面临NVH严苛指标，怎么办？VibraTec与懿朵科技将为您兜底！会场介绍了配合某个国内主机厂出口欧美项目的NVH性能开发完整服务流程。（4）轨道交通NVH知识点的全面性讲授。在全国范围内，第一次从机车整车、零部件、运营商角度介绍了NVH的标准、问题及控制方法。什么事情由主机厂干？什么事情需要零部件企业考虑？作为运营商，NVH问题又意味着什么，如何提要求，如何使用这些数据？（5）机车整车NVH正向开发流程详细介绍，从仿真到试验的V型研发流程，声源-传递路径-接收者三个角度研究与控制。典型声源、振源的预测，空气声/结构声的传递路径分析方法，车内与车外NVH性能分析与控制。部分工作国内同行均在摸索开展，但只有掌握所有的技术细节才能决定您应用研究方法的正确性与获得结果的可靠性。（6）轮轨噪声是机车的主要声源。您知道轮轨噪声分析方法吗？弹性车轮如何建模分析？压缩的橡胶材质如何模拟？材料参数如何获取？车轮失圆、多边形、磨损等问题如何识别、分析、控制？（7）振动引起的机车及零部件疲劳问题是当前困扰行业的难题。您使用的分析方法与流程是否正确？引用的标准是否合理？甚至标准是否适用？欧洲同行都是如何分析的？（8）您了解设备集成的方法与标准吗？其与整车的耦合分析如何进行？对于整车振动响应，为什么要进行机车-轨道耦合分析？如何开展？（9）如何验证仿真模型？如何确保用于验证仿真模型的试验的鲁棒性与可靠性？（10）作为运营商的您，是否知道如何延长机车的使用寿命?如何减少轨道减振措施的应用,节省成本?哪种车对轨道损伤最大？按照现行的车次安排，轨道预期寿命多久？哪段轨道是安全的，哪段轨道应该立即维护，哪段轨道应该在多少时间内维护？ Figure 1 部分学员全家福二、活动信息时间：2018年3月22-23日地点：上海皇冠晶品酒店 Figure 2会场情况人物：战斗在中国轨道交通行业一线的70多名专家、领导（来自运营商、整车、零部件企业）。主讲嘉宾：懿朵科技欧洲技术中心法国专家Brice NELAIN（帅哥）。 Figure 3 回眸一笑 Figure 4 学员积极提问 Figure 5声泄漏与异响诊断设备（NoiseScanner） Figure 6 培训证书（学员有所收获，企业能力升级）三、活动感悟近几年随着国家对轨道交通基础设施的大力投入，主机厂与零部件企业获得了广阔的发展空间，高铁也成为一张国家名片，获得赞誉。但奋斗在第一线的机车人都知道，中国轨道交通技术积累仍然薄弱。伴随一带一路国策，产品进入全球市场，企业将面临各种风险与挑战，产品的NVH性能及可靠性是挑战之一。一批先知先觉的企业早已行动起来，在NVH方向投入资源、实施项目，入门虽有先后，能力虽有高低，但已逐步识别风险并建立风险管控的方案，并建立外部供应商体系。但与欧洲同行相比，在NVH技术研究的广度、深度方面都有较大差距。在基于NVH技术的“智能研发-智能维护”产品全寿命周期管理上，差距尤为明显。期望这次培训能作为一个开端，让大家了解欧洲同行的研发进展，发现自身的不足。让我们共同努力，推动中国轨道交通事业的进步。四、后续计划这次培训是应部分企业要求而举办，后续我们将举办电驱动（电机+齿轮箱）NVH高级培训、气动噪声分析等课程，敬请关注。附：会议组织方介绍法国VibraTec集团成立于1986年，在声源诊断、故障排查、振动与噪声分析、实验台设计等方面具有非常丰富的经验与技术。VibraTec公司开发了一系列专业工具/方法，如轮轨噪声分析软件StarDamp、声学包/通过噪声设计软件SonorSoft、齿轮传动振动声学模拟软件VibraGear、电磁噪声分析软件VibraVolt、声源诊断仪NoiseScanner、轨道交通智能维护系统RAMP等。懿朵科技是一家以NVH技术服务为特色的工程软件及服务提供商。团队成员历年来解决的声学问题包括了车辆NVH开发、风噪分析、空调系统噪声分析与控制、声品质评价、电机降噪、风机噪声控制等方面。目前在智能研发、智能维护等领域不断开拓进取。来源：懿朵科技