仿生葉片
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-11-15
仿生葉片的實(shí)例教程
結(jié)合BPF噪聲和寬頻噪聲的計(jì)算結(jié)果分析，可知A風(fēng)扇在風(fēng)扇直徑增加的情況下，總體噪聲值低于B風(fēng)扇，說明Ａ風(fēng)扇的仿生葉片形狀實(shí)現(xiàn)了氣動噪聲值的降低。
3. 仿生葉片風(fēng)扇降噪機(jī)理
根據(jù)Atsushi Nashimoto等人對無葉圈汽車散熱器風(fēng)扇的研究結(jié)果[6]，散熱器風(fēng)扇首位的噪聲源分布在葉片前緣的吸力面，此處發(fā)生了流動的分離和再附著 ；第二位的噪聲源為葉片尾緣附近由于葉尖渦和尾渦脫落產(chǎn)生的噪聲，如圖13所示。因此，在本文的研究之中，將分別從葉片前緣氣流分離、葉片尾窩和葉尖渦三個方面考察A風(fēng)扇的降噪機(jī)理。
3.1 葉片前緣氣流分離
圖14所示為兩款風(fēng)扇葉片吸力面靜壓云圖，由圖可知，A風(fēng)扇在葉片前緣上部靠近葉圈的區(qū)域壓力梯度更加平緩。并且在A風(fēng)扇葉片前緣的第二個凹陷位置處，相對于B風(fēng)扇葉片的相同位置，氣流分離得到了明顯的抑制。
為進(jìn)一步對比兩款風(fēng)扇葉片前緣氣流分離情況，截取了位于風(fēng)扇葉片頂端的周向截面總壓云圖，如圖15所示。分析圖13可以發(fā)現(xiàn)，A風(fēng)扇在葉片前緣吸力面位置的負(fù)壓區(qū)域明顯的低于B風(fēng)扇。
結(jié)合以上分析可以說明，A風(fēng)扇的仿生造型有效的減小了葉片前緣吸力面的氣流分離，這種改善作用在葉片頂端區(qū)域表現(xiàn)的尤為明顯。
3.2 葉片尾窩
圖16所示，為兩款風(fēng)扇在不同風(fēng)扇位置的徑向截面的渦量云圖。由圖可知，A風(fēng)扇葉片尾渦區(qū)域明顯的比B風(fēng)扇小，并且在風(fēng)扇葉片下游靠近葉圈的位置表現(xiàn)的最為明顯。可以初步推測，A風(fēng)扇在葉片仿生造型以及護(hù)風(fēng)圈鋸齒形結(jié)構(gòu)的共同作用之下，有效的抑制了葉片頂端漩渦的產(chǎn)生，并且有效的減小了葉片尾渦，這些改進(jìn)對降低風(fēng)扇氣動噪聲都是有利的。
展開 單向運(yùn)輸：水稻
細(xì)心的學(xué)者發(fā)現(xiàn)水稻葉片存在液滴單向運(yùn)輸?shù)奶匦裕饕侵敢旱沃粫刂?em>葉片的長度方向移動，而不會在寬度方向移動。通過微觀SEM觀測，發(fā)現(xiàn)水稻葉片表面與和荷葉相似，都是微納復(fù)合凸起結(jié)構(gòu)，只不過在寬度方向微結(jié)構(gòu)不均勻分布，而在長度方向分布均勻，使得液滴在兩個方向運(yùn)動阻力不同，從而實(shí)現(xiàn)液滴單向運(yùn)輸特性，如圖 3所示。
圖 3 水稻葉片表面結(jié)構(gòu)及飛秒激光仿生制備水稻葉片表面結(jié)構(gòu)[4]
定向運(yùn)輸：豬籠草
相比水稻葉片單向運(yùn)輸?shù)奶匦裕i籠草的特性更加讓人著迷，豬籠草內(nèi)壁可以將液滴連續(xù)搬運(yùn)至外壁，實(shí)現(xiàn)反重力搬運(yùn)，該特性被稱為定向運(yùn)輸。針對這一迷人的現(xiàn)象，北航陳華偉教授與江雷院士共同開展了相應(yīng)理論和實(shí)驗(yàn)研究，最終揭示了定向運(yùn)輸?shù)臋C(jī)理，為仿生制備奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，該成果也于2016年被國際頂級綜合期刊《Nature》所報導(dǎo)[5]。
圖 4 豬籠草液滴定向運(yùn)輸現(xiàn)象及機(jī)理[5]
參考文獻(xiàn)：
1. Barthlott, W.; Neinhuis, C., Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces. Planta 1997, 202 (1), 1-8.
2. Gao, X. F.; Jiang, L., Water-repellent legs of water striders. Nature 2004, 432 (7013), 36-36.
3.
展開 通過對比發(fā)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)一級葉輪的氣動噪聲主要由因葉片周期轉(zhuǎn)動引起的旋轉(zhuǎn)噪聲組成，在二級葉輪處由于紊流絮亂導(dǎo)致渦流噪聲明顯從而使得二級葉輪的氣動噪聲主要由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。在葉輪旋轉(zhuǎn) 區(qū)域從 葉輪的葉根到葉尖的過程 中，氣動噪聲先增大后減小。對一級葉輪而言，葉片前緣噪聲略大于后緣，而二級葉輪葉片的后緣噪聲略大于前緣 。
在礦山掘進(jìn)工作中，井下作業(yè) 自然條件復(fù)雜 ，空氣中摻雜著有毒有害氣體和礦塵。所 以礦井巷道通風(fēng)十分重要。而通風(fēng)機(jī)的噪聲是掘進(jìn)工作 中的主要噪聲源之一 ,其中氣動噪聲 占總噪聲的 45％ 。就礦用局部通風(fēng)機(jī)而言 ，其進(jìn)口和機(jī)殼周 圍的噪聲高達(dá) 120dB 以上，工人聽力受損程度嚴(yán)重。而且掩蔽井下安全警報信號，從而造成事故。所以對礦用軸流式通風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣動噪聲分析顯得尤為重要。
目前，國內(nèi)外對通風(fēng)機(jī)氣動噪聲的研究大多集中于機(jī)殼和葉片結(jié)構(gòu) 。尤其是對通風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的研究認(rèn)為旋轉(zhuǎn)槳葉的噪聲一般由葉片自身旋轉(zhuǎn)引起的離散噪聲即單極子聲源，剛和葉片表面紊流壓力脈動引起的頻率連續(xù)分布的寬頻噪聲即偶極子聲源組成，由于渦流脫落也會導(dǎo)致四極子聲源的產(chǎn)生 。通過仿生學(xué)直接改變葉片翼型的研究得出了不同翼型下的不同氣動特性，對通風(fēng)機(jī)噪聲在巷道內(nèi)的傳播規(guī)律做了研究，然而對通風(fēng)機(jī) 內(nèi)部氣動噪聲的產(chǎn)生及傳播規(guī)律的研究并不充分。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ，數(shù)值模擬法得 到廣泛進(jìn)行數(shù)值 模擬法大大減少了試驗(yàn)時間和成本。利用 CFD 數(shù)值計(jì)算的方法分別對離心通 風(fēng)機(jī)的噪聲和內(nèi)部流域 進(jìn)行了計(jì)算，并與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果對比得到了較小的誤 差證明了數(shù)值汁算的可行性 。
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仿生葉片的最新內(nèi)容
通過仿生學(xué)直接改變葉片翼型的研究得出了不同翼型下的不同氣動特性，對通風(fēng)機(jī)噪聲在巷道內(nèi)的傳播規(guī)律做了研究，然而對通風(fēng)機(jī) 內(nèi)部氣動噪聲的產(chǎn)生及傳播規(guī)律的研究并不充分。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ，數(shù)值模擬法得 到廣泛進(jìn)行數(shù)值 模擬法大大減少了試驗(yàn)時間和成本。
結(jié)論
本文應(yīng)用數(shù)值計(jì)算方法，分別計(jì)算了大直徑仿生葉片風(fēng)扇和小直徑普通葉片風(fēng)扇的氣動噪聲值，并深入研究了仿生葉片風(fēng)扇的降噪機(jī)理。
圖 3 水稻葉片表面結(jié)構(gòu)及飛秒激光仿生制備水稻葉片表面結(jié)構(gòu)[4]
定向運(yùn)輸：豬籠草
相比水稻葉片單向運(yùn)輸?shù)奶匦裕i籠草的特性更加讓人著迷，豬籠草內(nèi)壁可以將液滴連續(xù)搬運(yùn)至外壁，實(shí)現(xiàn)反重力搬運(yùn)，該特性被稱為定向運(yùn)輸。
