本文提取具有优良气动性能的海鸥翼型对其尾缘进行仿生重构以降低气动噪声。采用大涡模拟(LES)进行三维瞬态流场计算,结合Ffowcs Williams和Hawkings发展的FW-H方法进行远场声学求解。系统研究了雷诺数为9.0×104,攻角为0°条件下,基于仿海鸥翅膀翼型的常规尾缘锯齿翼型、正弦型尾缘锯齿翼型及熨斗型尾缘锯齿翼型的气动噪声特性。研究结果表明与原型翼型相比,常规尾缘锯齿翼型的升阻比损失最小,熨斗型尾缘锯齿翼型的升阻比损失最大。正弦型尾缘锯齿翼型的远场降噪效果最好,平均降噪幅度为5.72dB。与其他两种齿型结构相比,正弦型尾缘锯齿翼型能更有效地减小湍流宽频噪声和翼型表面的压力脉动,使整体旋涡脱落噪声明显下降。而熨斗型尾缘锯齿翼型在减小涡结构展向相关性的同时加剧了纵向空间涡结构的脱落,使整体声压级降低幅度最小。

采用多目标遗传算法与类别形状函数变换(CST)方法相耦合的方法对翼型外形进行多目标优化设计,在攻角工作范围内,以实现高升阻比、低阻力为目标,最终得到一系列Pareto最优解集。采用指数混合函数法对优化后得到的翼型在尾缘处进行非对称加厚。通过求解二维雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)获得翼型的气动参数,结果显示优化后的翼型与原始翼型相比具有更优的压力分布,有效提高了升力系数,减小了阻力系数。优化翼型尾缘经过加厚处理后,所有攻角下的升力系数以及升阻比系数都得到了提高,流动情况进一步改善,涡心与失速点均有一定程度的后移,表明钝尾缘翼型具有比原始翼型和优化翼型更好的升阻力特性。

为了改善离心风机的气动音质,课题组设计了一种带旋转导叶的离心风机,采用多重参考系(multi-reference frame, MRF)方法,实现带旋转导叶的离心风机流场仿真,分析了添加与不添加旋转导叶情况下旋转导叶数和旋转导叶型线对离心风机流场的影响。结果表明旋转导叶能有效地均匀离心风机的流场,为离心风机气动音质的改善创造了有利条件;存在最佳的旋转导叶数,使得在流场分布较为均匀时离心风机做功效率最高;旋转导叶型线为反S形时离心风机流场的均匀性明显优于正S形型线。工程应用结果与仿真结果一致。