[發明專利]一種基于徑向基神經網絡模型的低噪聲不等距離心風扇優化設計方法

有效

• 申請號: 202110291616.9
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113048086B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 劉東雷;劉勝吉;王建
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F04D25/08
• 分類號: F04D25/08;F04D17/16;F04D29/28;F04D29/30;F04D29/66;G06F30/27
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本發明公開了一種基于徑向基神經網絡模型的低噪聲不等距離心風扇優化設計方法，包括：參數化設計不等距離心風扇三維初始模型；數值分析風扇流場域，獲取原始風扇氣動噪聲級大小及風扇性能參數；以風扇相鄰葉片間距為設計變量，最優拉丁超立方方法進行樣本點試驗設計；選用優化分析集成平臺，批量模擬分析風扇流場，風扇氣動噪聲與風扇性能為響應輸出，采集樣本數據；擬合樣本分析結果，構建徑向基神經網絡近似模型；以風扇噪聲級最小為優化目標，靜壓及流量為約束函數，基于近似模型，運用存檔微遺傳算法(AMGA)對冷卻風扇相鄰葉片間距進行優化設計，通過選取帕雷托(Pareto)解集最優解，得到最優不等距低噪聲離心風扇優化設計方案。

技術領域

本發明屬于一種低噪聲不等距離心風扇優化設計領域，尤其涉及的是一種基于徑向基神經網絡模型低噪聲不等距小型風冷內燃機離心風扇優化設計方法。

背景技術

噪聲是人類環境重要污染之一，長期處于高分貝噪聲環境中，不僅會降低工作效率，影響情緒，還會嚴重影響身體機能。隨著科學技術的發展很人類生活水平的提高，噪聲控制問題越來越受到人們的重視，不同國家、地區和行業都制定了嚴格的噪聲限值標準來限制噪聲污染。

離心風扇是小型風冷內燃機冷卻系統必不可少的一個重要部件。由飛輪帶動離心風扇，通過風扇旋轉運動驅動冷空氣克服系統阻力，使冷空氣經過導風罩、導流板等引流裝置，高速吹過氣缸外壁及機體散熱片表面，帶走散出的熱量實現冷卻。離心風扇高速旋轉運動會產生機械振動噪聲和氣動噪聲，氣動噪聲是風扇驅動空氣而產生的氣體擾動，主要包括旋轉噪聲和渦流噪聲。旋轉噪聲是由于風扇旋轉葉片周期性地打擊空氣質點，使空氣形成周期性壓力脈動而產生的一系列離散的峰值頻率噪聲；渦流噪聲是由于風扇旋轉時使周圍的空氣產生渦流在分裂時空氣發生的擾動而激發出的噪聲，是連續的寬頻帶噪聲。

離心風扇的氣動噪聲相比機械噪聲要顯著很多，因此降噪的主要目標是降低風扇的氣動噪聲，特別是降低對人體危害最大的旋轉噪聲的大小。影響離心風扇氣動噪聲大小的主要因素有扇葉結構及葉片布局方式，在不改變葉片幾何參數的情況下，可以通過合理安排葉片布局，改變風扇輻射聲場，達到降低噪聲的目的。

小型風冷內燃機上大多數采用前彎葉片及葉片等高、間距均勻的布局形式，風扇轉動時，葉片通過頻率(BPF)及其諧波處會產生較強的離散峰值頻率噪聲，這些峰值組成了風扇的旋轉噪聲。采用不等間距風葉周向角布置，通過分散基頻與諧波峰值，可以減少這一周期激勵效果，能夠降低風扇基頻處的噪聲峰值，有效降低風扇旋轉噪聲，從而達到降低風扇總體噪聲級的目的，如CN201410379874-一種柴油機用的冷卻風扇，CN200610088548-用于氣冷式內燃機多葉式風扇等已證明該方法的有效性。

不等距葉片的設計在降低風扇噪聲的同時還應該滿足兩個條件，一是葉片不等距布置后應該仍能保證氣動性能要求，或者變化不大；二是葉片布置方式改變后,仍然要能夠滿足風扇運轉時的動平衡要求。目前不等距風扇葉片布置設計通常采用分布公式或試驗方法，研制周期較長，研發費用高，且有很大的隨機性，設計方法與理論研究的還比較少。最常用的不等距風扇分布方式是按公式θ′＝θ+Asinnθ進行布置，n為等分組數，(當n≥2時風扇為自平衡狀態，可以滿足動平衡要求)，A為相位調制量。選擇合適的A值與分組數n可以降低諧波振幅，進而降低風扇的總體噪聲，實際上由于風扇結構參數與運轉工況的影響，合適的A值與分組數n很難確定，選擇不當不僅不能降低風扇噪聲，甚至還會破壞風扇的氣動性能。

隨著計算機技術的發展，特別是計算流體動力學(CFD)、計算空氣動聲學(CAA)、多目標優化技術等的發展，為優化葉片布置，降低風扇噪聲，設計高性能不等距低噪聲離心風扇，提供了有效方法與手段。

發明內容