摘要：根据水牛蹄独有的几何外形适于水田等松软地面行走和行走阻力低的特性,运用逆向工程技术提取仿生信息,并设计水田叶轮仿生叶片。通过数值模拟的方法研究仿生叶片性能改善的机理,以进一步指导叶轮的设计。仿生叶片与平面单叶片轮叶的计算机模拟对比分析表明,仿生叶片提高推进力的机理主要为:有效延缓叶片表面流体速度突变造成的流体介质冲击与分离,减小分离流对叶片的撞击阻力,提高叶轮驱动力;仿生叶片可增加叶片驱动扭矩,使叶轮驱动力增加。

摘要：采用仿生学思维对离心泵叶片出口进行仿生改造,结合CFD和噪声计算对设计工况下的流场和声场信息进行对比分析,用数值模拟方法验证其结构改进后的降噪效果。计算结果表明:采用仿生结构叶片能够有效的降低隔舌、蜗壳出口和叶轮流道内的湍流脉动强度,同时使流场中的涡结构尺度减小,控制流场中涡结构的分布范围,降低了离心泵内噪声源强度,达到降低噪声的目的。原模型和仿生叶片模型的压力脉动特征频率均为叶频及其低阶倍频,仿生叶片模型在各监测位置的压力脉动均比原模型有明显的降低;仿生叶片使各监测点噪声源强度降低,其出口3倍管径处的降噪效果最佳,总声压级下降3.62 dB,降噪率为3.20%;在隔舌处的总声压级下降1.15 dB,降噪率为0.67%,总体降噪率在0.67%~3.20%,达到了降噪的目的。

摘要：为了提高液力变矩器的性能和效率,在改变叶轮和叶片常规参数的基础上,将仿生学技术融入到叶片设计和试验当中.首先介绍了仿生植物叶片表面和仿生动物皮肤表面设计叶片的思想,然后给出了仿生叶片的制造过程,最后利用研制的试验台对设计的仿生叶片进行了压降性能测试.试验表明,该仿生叶片的减阻特性优于光滑叶片,进而可减小液力变矩器的内部流动损失,提高液力变矩器的整体效率.该试验设计思路和实施过程还可为如何利用仿生学的思想解决工程实践中遇到的问题提供借鉴.

摘要：风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到世界各国的重视,而风机作为风电技术发展的关键设备,风机叶片形状及其气动性直接影响到风力发电机转换风能的效率。本文基于鸟类羽翼研究,以NREL5 MW风机叶片为标准叶片,设计出一种前缘凸起的仿生叶片,利用STAR-CCM+软件对仿生叶片进行数值模拟,与标准叶片的压力和流场特性进行对比,以探讨标准叶片和仿生叶片在不同工况下的气动性能变化规律。结果表明,风机叶片的非光滑前缘凸起能够抑制风机叶片在大攻角下的失速特性,并且改变前缘结构叶片对提高升力和升阻比有一定的作用,对风机发电效率的提高提供了一种新想法。

摘要：为了提高风力机叶片性能,基于家燕翅膀翼型良好的气动特性进行了风力机叶片的仿生设计。采用计算流体动力学,对仿家燕翼型和标准叶片翼型的性能进行模拟和对比,结果表明,仿家燕翼型具有较高升力系数和升阻比。基于家燕翼型进行100 W风力机叶片的仿生设计,并对标准100 W风力机叶片和仿生设计叶片进行数值模拟和风力机效率实验。结果表明:相比于标准叶片,仿家燕风力机叶片展向位置翼型上下表面压力差有较大提高,能有效提高风力机叶片效率,效率比标准叶片提高25%以上。

摘要：根据水牛蹄适于水田等松软地面行走的特性,运用逆向工程技术提取其低行走阻力的外形几何特征,设计了水田叶轮仿生叶片,并确定了水田叶轮仿生叶片的3个关键设计参数。运用试验优化技术得到了影响因素的主次排序和最优水平。试验室土槽对比试验结果表明,仿生叶片提高了叶轮轮叶的牵引和驱动性能,与目前常用的平板叶片相比,产生的最大推进力提高37.8%,轮叶效率极值提高38.3%。水田土壤田间试验结果表明,装配仿生叶片的叶轮在泥脚深度为300 mm的水田具有较好的适应性。

摘要：空化现象是影响离心泵性能的关键因素,为研究仿生微结构对离心泵空化性能的影响,以比转速为112.4的离心泵为研究对象,基于海滑虫的仿生气包微纹理表面,提出一种类蘑菇状凹坑微结构叶片。利用CFD仿真软件对模型进行非定常空化数值模拟,研究微结构不同凹坑深度比对离心泵空化性能的影响。结果表明:仿生微结构对离心泵水力性能影响较小,扬程变化为-1.42%~1.38%;不同深度比对离心泵空化性能影响较大,当深度比为2.5时,抑制空化效果最佳,在空化初生阶段空泡体积减少54.75%,断裂扬程提高17.07 m;在吸力面进口1/3处布置仿生类蘑菇状凹坑后,减少了叶轮进口处低压区分布,减小了流道内空泡横截面积,抑制流道内空化的初生和发展。

摘要：为了研究叶片仿生表面对液力透平性能的影响,基于鲨鱼皮肤表面结构的减阻特性,设计3种不同尺寸的V型槽,将其布置在透平工作面进口前段1/3处。利用RNG k-ε湍流模型对液力透平进行数值模拟及试验验证,研究不同流量下液力透平的外特性、叶片壁面剪应力及透平内流特性。结果表明:与光滑表面叶片相比,3种V型槽叶片液力透平的水力效率均有提高。V型槽能够降低叶片近壁面流体的速度梯度,使流体与壁面之间的摩擦阻力减小,叶轮内湍动能减小,降低了能量耗散。1.125QBEP工况时,s=1.5 mm的V型槽液力透平水力效率增幅最大,为1.8%,V型槽叶片壁面剪应力降幅最大达43.97%。

摘要：为提升空调器用贯流风机的气动性能,降低风机功耗,受鸟类翼型结构启发,研究了仿生翼型设计对贯流风机气动性能的影响。首先分别提取具有优良气动性能的长耳鸮和海鸥翅膀展向40%处截面翼型进行仿生逆向重构,基于鸟翼厚度分布特征进行贯流风机叶片仿生设计,考虑到叶片强度和工艺条件的影响,针对设计的仿生翼型叶片进行了改型设计并应用于贯流风机中。然后采用数值模拟研究了两种仿鸟翼叶片对贯流风机内流场结构及其气动性能的影响。最后针对贯流风机的气动性能进行实验测量,验证仿生叶片设计对提升贯流风机气动性能的有效性。研究结果表明:两种仿鸟翼叶片前缘形态均能有效抑制叶轮外缘分离涡,减少叶道进口侧阻塞;两种叶片对于内圆周进口侧附面层堆积形成的二次流均有改善作用,低转速下前缘厚度变化剧烈的长耳鸮仿生叶轮表现更明显;两种仿鸟翼叶片均能增强偏心涡强度,使叶片做功能力提升,出口流速增大,叶轮效率提升。选取性能较优的长耳鸮仿生叶轮进行实验研究,与原型机相比,不同工况下采用长耳鸮仿生叶轮的整机的加权风量提升29.6 m^(3)·h^(-1);相同风量条件下,整机功率降低了3.5%。

摘要：为提高空调性能,满足产品节能要求,本文基于叶片仿生设计及叶轮交错角改良开展贯流风机的优化研究。首先,通过逆向工程方法提取了秋沙鸭翅膀40%翼展截面处的型线特征,结合产品的工艺要求设计了贯流风机仿生叶片;然后,采用三维数值计算模型对带有仿秋沙鸭翼型叶片的贯流风机内部流场进行了数值模拟,研究了具有不同叶轮交错角的仿秋沙鸭翼型叶轮对贯流风机气动性能的影响;最后,选取气动性能最优的叶轮交错角为5°的仿秋沙鸭翼型叶轮进行加工测试。研究结果表明:三维数值计算结果能够有效地揭示贯流风机内轴向流动特性,叶轮交错角对叶轮中盘附近流场影响显著;采用仿秋沙鸭翼型叶轮能够改善贯流风机叶轮进出口流动状态,增大叶轮偏心涡强度,提升叶轮做功效率。根据实验结果,与原型机相比,采用仿秋沙鸭翼型叶片的贯流风机在相同转速下风量基本不变。在送风工况条件下,功率最大降幅为3.3%;在制冷工况条件下,功率最大降幅为2.7%,噪声最大降幅为0.3 dB。