叶片几何参数对倾斜锯齿尾缘叶片气动及噪声特性的影响研究

本文通过改变叶片相对宽度、相对厚度两个参数，采用数值方法，探究几何参数对倾斜尾缘锯齿叶片的气动及噪声特性的影响。研究结果表明：叶片弯度增大会扩大上下翼面间的压差，并带来显著的增升效果，改善叶片气动性能，而叶片厚度主要是通过影响压力面上的高压区分布来改变叶片气动性的；当来流攻角小于12˚时，增加叶片弯度、减小叶片厚度有利于增升减阻，提高升阻比；大厚度、大弯度叶片表面分离点前移，边界层加厚，层内速度扰动加剧，不稳定流动与叶片壁面相互作用增强，故叶片绕流过程中的辐射噪声相应增大。

叶片作为叶轮机械设备中的关键单元，其性能的优劣很大程度上决定了设备的整体性能。如何设计出高效、低噪的叶片一直是备受人们关注的问题。经过近百年的研究，众多学者发现[1] [2] [3] [4] [5]， 叶片几何结构是影响叶片气动、噪声特性的重要因素之一，并指出叶片的相对厚度、相对弯度与叶片绕流特性及其辐射的气动噪声密切相关。

冉景洪和刘子强等[6] [7]实验研究了相对厚度、相对弯度对低雷诺数下飞行器叶片气动特性的影响规律，研究表明最大相对弯度位置的影响大于最大相对弯度，最大相对弯度位于40%弦长附近表现出最优气动特性，叶片相对厚度越小越易获得较好的气动特性。R. Sankarasubramanian 等[8]选择相对厚度分别为12%、15%、18%和30%的NACA 对称叶片为研究对象，研究相对厚度对叶片气动特性的影响，指出叶片相对厚度是影响低斯特劳哈尔数下叶片气动性能的主要因素，合适的相对厚度会使叶片升力系数提高约30%。贾亚雷和安鹏等[9]以实验和模拟相结合的方式研究不同相对厚度对DU 系列叶片气动性能变化的规律，结果表明叶片升阻比、最大升力和失速对应攻角都受到叶片相对厚度的影响。董青山和陈建[10]探究了轴流风机叶片相对厚度和相对弯度对风机气动性能的影响， 研究发现相对厚度较小时气动性能较优，当风机流量较大时大弯度叶片表现出更好的气动性。张旭[11]通过数值模拟研究相对弯度分别为1%、2.5%和4.5%的钝锯齿尾缘叶片气动特性，结果表明随着相对弯度增大，升力系数呈先增后降的趋势，叶片升阻比呈上升趋势，相对弯度与叶片升力之间呈非线性关系，相对弯度为2.5%时叶片气动性能最优。孙振业[12]选取相对弯度1%、2%、3%和4%的NACA 系列叶片为对象，研究叶片相对弯度对叶片气动噪声源和远场辐射噪声的影响， 研究表明， 相对弯度增大， 叶片尾缘处辐射噪声会在低频段降低，