基于仿生学的风机降噪技术研究

基于仿生学的风机降噪技术研究

曾成

珠海格力电器股份有限公司  广东省珠海市  519070

摘要

本文主要针对仿生学的风机降噪技术进行分析研究，文章在进行研究的过程中，以仿生学研究为基础，探讨风机降噪技术应用的重要性，并且对仿生学下的风机降噪技术进行全面分析研究。

关键词：仿生学；风机降噪；技术

前言

风机是现代社会生产中应用的重要通风换气设备，该设备在工厂、大型建筑中广泛应用，主要起到空间内的通风换气作用。但是，长久使用发现，风机设备运行中存在严重噪音问题，该问题不仅影响风机运行寿命，同时也影响使用体验感。因此，相关专家一直在研究风机降噪技术，而随着仿生学技术逐步发展应用，研究者在风机降噪技术中引入了仿生设计，在实践中取得良好效果。

1仿生学概述

1.1仿生学原理研究

仿生学是将生物学与现代科学紧密联系的学科，以生物体结构和功能为研究对象，并利用生物体结构与功能特点发明、设计新设备、新技术以及新工艺，从而应用于生产生活领域。多年来，仿生学在社会中的应用非常广泛，如壳型建筑、蝇眼照相机、雷达等新设备都是根据仿生学原理设计。

当前，仿生学技术研究正在朝多个方向发展，力学仿生、分子仿生、能量仿生以及信息与控制仿生，随着多种仿生学不断拓宽，社会各相关行业技术得到快速发展。

1.2仿生学与风机降噪研究

仿生学在风机降噪中的推广是仿生学全面应用于社会发展的主要表现之一。风机仿生降噪技术以研究生物进化过程中的静音飞行为基础，同时也对流体流动特征进行全面分析，最终经过数字化处理，将对风机运行噪声的有利因素进行提炼，最后利用三维扫描技术，构建风机生物形态模型，进一步与风机参数进行详细比对，构建最小噪声风机模型，实现对风机降噪特性的高效优化。
2风机降噪的重要性

风机降噪是风机设备研究发展的关键环节。风机在运行过程中大量辐射噪音，不仅会对使用者造成影响，同时也会产生噪声污染。因此，风机降噪成为风机设备发展研究的关键控制目标。

首先，风机降噪有利于减少对设备使用者的伤害。风机设备大量应用于生产生活，化工厂、原油、冶金工业以及建筑等领域。但是，风机设备在使用过程中，较大的噪音会对使用者造成身心影响，甚至是影响到员工身体健康。因此，风机降噪措施的优化改进，有利于减少或控制噪声，对风机设备使用者实际上是一种保护。

其次，风机降噪措施的应用有利于减少噪声污染。部分领域应用的风机设备已经严重影响到社会环境。例如，化工生产过程中，风机设备启动后，对周边环境造成极为严重的噪声破坏。因此，针对风机进行改造，降低风机噪音，更有利于减少风机运行对外界环境的噪音污染，降低噪音公害。

再次，风机降噪措施的应用也是对风机设备发展的完善。在工业生产发展背景下，通用设备正在不断完善。风机设备作为现代工业生产的关键设备，更应该优化改良，为工业生产发展提供高效助力。
3基于仿生学的风机降噪技术

3.1仿生学研究下的轴流风机降噪措施

轴流风机是现代社会生产中应用的关键风机设备。多年来，风机设计研究者一直都在致力于轴流风机仿生学降噪，以下是针对多种仿生学降噪技术的全面研究探索。

①设计应用长耳鸮翅膀翼型仿生叶片，更有利于轴流风叶优化气动性能，减少噪音。该仿生叶片通过逆向工程提取 40% 截面处的长耳鸮翼型截面，并进行厚度分布修正，甚至在叶片尾缘处耦合了正弦型锯齿结构。通过数值分析，发现叶片尾缘处的锯齿结构能抑制叶片的湍流边界层噪声，对比原型风机和仿生耦合叶片风机，发现仿生耦合叶片风机风量提升 4.69%，噪声下降 2 dB。

②设计叶尖小翼结构更有利于风机降噪。通过仿真技术手段，针对小翼外倾角进行分析，主要设计0°，10°，20°，30°，40°五种倾角，并在仿真模型下分析不同倾角的风机气动性能和噪声。最终研究结果发现，当风机的外倾角为20°时风机的噪音最小。

③仿生锯齿结构应用。相关专家对轴流风机进行研究后发现，优化叶片尾部边缘锯齿结构，，更有利于提升风机降噪效果。通过研究发现，设计应用多种新型结构形式，可使风机噪音降低3.5 dB 和 3.3 dB，保证风机达到最佳效果。

④对CNC加工中心的风机进行全面研究。通过设计新型轴流风机叶片模型，并采用翼羽的条纹槽状结构，从而使叶片为正弦曲线结构。对该结构的风机进行模拟研究发现，CNC风机工作效率提升5%，最大降噪效率也能够提升2.7%。

⑤部分专家在研究的过程中，提出仿生尾缘结构，该仿生尾缘结构主要是仿生锯齿结构。在仿生设计中，控制锯齿倾斜角度为30°，可使风机降噪达到2.38dB左右[1]。

3.2离心风机降噪措施研究

离心风机也是现代工业生产中应用的一种重要风机设备，对该风机设备进行降噪管控也非常重要。以下是关于离心风机降噪措施的全面研究探索。

①研究发现，利用飞行仿生学可以实现离心风机降噪。设计NACA0012 翼型和仿生翼型的离心风机，能够使风机运行过程中，噪音更小。设计后，利用模型将仿生离心风机与传统风机进行风噪数据对比，对比中发现，采用仿生翼型的离心风机，风量更大，增加风量达到36 m

3·h-1，且使风机运行效率提升5.65%，而噪声值平均下降2.78dB。

②设计仿生降噪蜗舌结构，该结构是利用长耳鸮翼表面形态特征进行仿生改造，仿生过程中，从高度、形态以及个数等多方面进行仿生设计，确保降噪达到最佳效果。研究过程中，在进行仿生降噪探讨时，选取多个因素建立正交试验，试验结果表明，最优的组合模型为仿生单元个数为 4、单元高度为 1.5 mm、单元间距为30 mm，综合可以实现降噪 3.1 dB。在仿生形态的 3 个影响因素中，仿生形态单元间距的影响最大，单元个数的影响最小。

③鲤鱼仿生降噪技术应用。鲤鱼在逃生过程中，将自身形态从直线型转换为C形态，从而使自身运动对水流影响更小，声音更小。因此，可利用此原理进行C型曲线风机降噪技术设计，在风机设计过程中，将叶片中弧线设计为C型曲线，设计叶片进口角在5°～ 25°。研究进一步发现，当风机叶片弧线进口角达到12.5°，且采用耦合叶片形式时，可进一步优化风机风噪，使风机风量增加8%，噪音降低1.1dB。

④相关专家在研究过程中，同样提出了很多其他叶片优化措施。例如，对叶片波形前端、锯齿尾端、凹坑进行相应设计及优化，分别采用不同的仿生技术，确保仿生研究合理。通过最终噪声统计数据发现，当采用锯齿尾缘离心风机设计时，平均降噪量可达到5.04dB。而采用凹坑型风机模型，其噪声将继续降低0.85dB，二者综合设计，更有利于风机降噪。

⑤基于长耳鸮皮肤组织原理进行降噪研究。研究发现，长耳鸮皮肤组织具有良好的吸声性能。根据此原理，设计仿生蜗舌，将蜗舌结构分为微缝隙、穿孔层以及空腔3个部分，使蜗舌具备吸声性能，可有效降低风机运行的辐射噪音。例如，仿真试验研究发现，采用长耳鸮皮肤组织仿生蜗舌结构，可以将风机最低噪音降低2.5dB。另外，相关专家为进一步提升风机降噪效果，继续提出带穿孔板的耦合消声蜗舌结构，该结构因为强化了耦合消声特性，使其消声性能更加突出，有效抑制气流脉动，低噪特性更加优良，经试验研究发现，增加耦合消声结构之后，噪声声压级继续降低0.5dB。

⑥苍鹰仿生翼的设计应用也可以有效降低风机噪声。研究发现，利用苍鹰翼的条纹结构，设计新型圆弧形叶片，能够有效解决尾迹涡的脱落问题，同时提升了涡间距离，减小了脱落涡现象，继而实现风机降噪[2]。

4结束语

通过上述仿生学的风机降噪技术研究发现，不同形式的风机可以采用不同仿生原理进行降噪，从而保证降噪达到最佳效果。实际上，仿生降噪技术还处于发展阶段。因此，相关研究者更应该继续完善仿生学的风机降噪措施，综合分析先进经验，促使技术不断优化，为风机完善发展提供持久动力。

参考文献

[1]李芳环, 赵小娟, 陈爱平. 基于仿生学的风机降噪技术研究进展[J]. 电声技术, 2022(005):62-64.

[2]孙远涛, 王飞, 韩毅,等. 基于多分支HQ管的大型风机节能降噪技术试验研究[J]. 科技创新与应用, 2022, 12(8):1-3.