google-site-verification: google52572f315c4b9a26.html
نشریه علمی صوت و ارتعاش

نشریه علمی صوت و ارتعاش

مطالعه تجربی کاهش نویز آیرودینامیکی یک دمنده با استفاده از دندانه‌های غیرهمگن الهام‌گرفته از بال جغد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
حمیدرضا کاویانی
استادیار گروه مکانیک دانشگاه ملایر
چکیده
آلودگی صوتی ناشی از دمنده‌ها و فن‌های صنعتی یکی از چالش‌های مهم در سامانه‌های تهویه و تجهیزات دوار است. در این پژوهش، یک راهکار زیست‌تقلیدی الهام‌گرفته از ساختار لبه‌های بال جغد برای کاهش نویز آیرودینامیکی یک دمنده پنج‌پره بررسی شده است. بدین منظور، یک افزونه زیگزاگی غیرهمگن، با تکیه بر توزیع ساختارهای گردابه‌ای مبتنی بر یافته‌های مطالعات پیشین، طراحی و به‌صورت جداگانه بر روی لبه حمله و لبه فرار پره‌های دمنده نصب شد. آزمایش‌ها در یک اتاق آکوستیک واجد شرایط بر اساس استاندارد ISO 3745 و با استفاده از چهار میکروفون کالیبره‌شده در فاصله یک متری از مرکز روتور انجام گرفت. در شرایط آزمون، سرعت چرخش اندازه‌گیری‌شده ۱۳۴۴ دور بر دقیقه بود و هر آزمون سه بار تکرار شد. در حالت پایه، سطح کلی فشار صوتی برابر ۶۴/۱۳ دسی‌بل به‌دست آمد. نصب افزونه بر روی لبه حمله، کاهش ۶۱/۱ دسی‌بلی در سطح کلی فشار صوتی ایجاد کرد و بیشترین کاهش موضعی، حدود ۱۴ دسی‌بل، در حوالی فرکانس ۲ کیلوهرتز مشاهده شد. نصب افزونه بر روی لبه فرار نیز کاهش ۵۸/۲ دسی‌بلی در سطح کلی فشار صوتی ایجاد کرد و بیشترین کاهش موضعی، حدود ۱۵ دسی‌بل، در فرکانس ۱۵۰ هرتز ثبت شد. در این مطالعه، کاهش سطح کلی فشار صوتی به‌عنوان نتیجه مستقیم آزمایش گزارش شده است؛ در مقابل، ارتباط آن با تغییر ساختار گردابه‌ها و نوسانات فشار به‌عنوان یک تفسیر فیزیکی سازگار با مبانی آیروآکوستیک، و نه به‌عنوان یک اثبات مستقیم، بیان می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که الگوی غیرهمگن الهام‌گرفته از بال جغد می‌تواند یک رویکرد غیرفعال و کم‌هزینه برای کاهش نویز دمنده باشد.
کلیدواژه‌ها
آیروآکوستیک
الگوی بال جغد
کاهش کنترل غیرفعال صوت
دندانه غیرهمگن
دمنده
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Study on Aerodynamic Noise Reduction of a Blower Using Non-uniform Serrations Inspired by Owl Wings

نویسنده English

Hamidreza Kaviani
Assistant Professor, Mechanical Engineering Department. Malayer University
چکیده English

Aerodynamic noise generated by industrial fans and blowers remains a significant challenge in ventilation and cooling systems. Inspired by the silent-flight capability of owls, this study proposes and experimentally evaluates a novel non-uniform serrated blade modification for aeroacoustic noise reduction in a five-bladed blower. Unlike previous investigations that primarily employed uniform serration geometries, the present design adopts a physics-based biomimetic approach in which the serration dimensions vary along the blade span according to the distribution of vortex intensity identified in previous aerodynamic studies. This strategy aims to target dominant noise-generating regions and improve the effectiveness of passive flow control. The proposed zigzag attachments were installed separately on the leading and trailing edges of the blower blades, and acoustic measurements were conducted in an anechoic chamber in accordance with ISO 3745. The results showed that the leading-edge serration reduced the overall sound pressure level (OASPL) by 1.61 dB, with a maximum local reduction of 14 dB at 2 kHz. The trailing-edge configuration achieved a larger OASPL reduction of 2.58 dB and a maximum attenuation of 15 dB at 150 Hz. These improvements are attributed to the suppression of dominant vortex structures and the reduction of turbulent pressure fluctuations responsible for aeroacoustic noise generation. The findings demonstrate that combining biomimetic inspiration with flow-physics-based design provides an effective, low-cost, and industrially applicable solution for noise mitigation in rotating machinery, offering a promising pathway toward the development of next-generation low-noise aerodynamic systems.

کلیدواژه‌ها English

Aeroacoustics
Blower noise
Owl-inspired serration
Non-uniform serration
Passive noise control
[1]  Hahad, O., et al., Noise and mental health: evidence, mechanisms, and consequences. Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology, 2025. 35(1): p. 16-23.
[2]  Tsimpida, D. and A. Tsakiridi, The Relationship between Noise Pollution and Depression and Implications for Healthy Aging: A Spatial Analysis Using Routinely Collected Primary Care Data. Journal of Urban Health, 2025. 102(1): p. 101-112.
[3]  Zhao, W., Sahan Wasala, and Tim Persoons. "Large eddy simulation for aeroacoustic prediction and characterization of electronics cooling axial fans under various operating conditions." Applied Acoustics 231 (2025): 110530.‏.
[4]  https://www.punker.com/en/fan-technology-guide/.
[5]  Krishnappa, G.C.b.n.s.l.s.a.n.m.M.E.R., National Research Council Canada, Division of Mechanical Engineering. Engine Laboratory, no. ME-244, December 1976.‏.
[6]  Huang, L., and Jian Wang. "Acoustic analysis of a computer cooling fan." The Journal of the Acoustical Society of America 118.4 (2005): 2190-2200.‏.
[7]  Kaviani, H. and E. Bashtalem, Investigating the effect of modeling and simulation of vortices on aeroacoustic calculations in homogeneous shear flow. Modares Mechanical Engineering, 2023. 23(11): p. 615-626.
[8]  Kaviani, H. and E. Bashtalam, Investigating the effect of SGS models in the LES method on the shape of eddies and calculating the emitted sound by implementing the Ffowcs Williams–Hawkings equation. Journal of Vibration and Sound, 2023. 12(23): p. 55-71.
[9]  Rosenhouse, G., State-of-the-art In Active Noise Control (ANC). WIT Transactions on The Built Environment, 2025. 11.
[10] Weitsman, D. and E. Greenwood, Passive Blade–Vortex Interaction Noise Reduction Using Embedded In-Blade Resonator Cavities. AIAA Journal, 2025: p. 1-13.
[11] Wasala, S., et al. Aeroacoustic noise prediction from a contra-rotating cooling fan used in data center cooling systems. in AIAA AVIATION 2021 FORUM. 2021.
[12] Wang, M.H., L.M. Wu, and X.M. Liu, Study on flow analysis and noise reduction of centrifugal fan for air conditioner based on the modification of volute tongue. Kung Cheng Je Wu Li Hsueh Pao/Journal of Engineering Thermophysics, 2020. 41(1): p. 147-153.
[13] Casagrande Hirono, F., et al. Aeroacoustic design and optimisation of an all-electric ducted fan propulsion module for low-noise impact. in 28th AIAA/CEAS aeroacoustics 2022 conference. 2022.
[14] Fan, J., et al., Aerodynamic noise optimization of a voluteless centrifugal fan with biomimetic blades inspired by eagle-owl wingtip morphology. Physics of Fluids, 2025. 37(7).
[15] Rong, J. and H. Liu, Aeroacoustics in owl flight: biomechanisms and biomimetics. Bioinspiration & Biomimetics, 2025.
[16] Wei, Y., et al., Experimental investigation of a biomimetic propeller coupled with owl-inspired leading and trailing edges serrations. Physics of Fluids, 2025. 37(4).
[17] Liu, L.G. and C.J. Clark, Acoustics of rubbing feathers: the velvet of owl feathers reduces frictional noise. Journal of Experimental Biology, 2025. 228(2): p. jeb246234.
[18] Zhang, H.-Y., et al., Biomimetic Structures for Enhancing Fluid Flow and Heat Transfer: From Mechanisms to Applications. Energies, 2026. 19(12): p. 2888.
[19] Rak, A., L. Kranjcevic, and J.W. Kim, Aerodynamic and aeroacoustic analysis of airfoils with a serrated trailing edge during flow acceleration. Advances in Aerodynamics, 2025. 7(1): p. 18.
[20] Yu, F.-Y., et al., Analysis of wavy leading-edge noise reduction and source mechanism in rod-airfoil interactions. Physics of Fluids, 2024. 36(4).
[21] Wang, L., et al., Numerical analysis of broadband noise generated by an airfoil with spanwise-varying leading edges. Biomimetics, 2024. 9(4): p. 229.
[22] Zhou, W., et al., An experimental investigation into the aerofoil trailing-edge broadband noise reduction using ogee serrations. Applied Acoustics, 2025. 239: p. 110851.
[23] Lee, S., et al., Turbulent boundary layer trailing-edge noise: Theory, computation, experiment, and application. Progress in Aerospace Sciences, 2021. 126: p. 100737.
[24] Zhou, W. and B. Lyu. An Experimental Investigation Into Trailing-Edge Broadband Noise Reduction Using Ogee Serrations. in AIAA AVIATION FORUM AND ASCEND 2025. 2025.
[25] Ahn, B., D. Han, and S. Lee, Effects of serration angle on noise reduction mechanism of trailing edge serration. Journal of Sound and Vibration, 2025. 594: p. 118672.
[26] Kaviani, H. and E. Bashtalam, Investigating the effect of non-dimensional distances on the calculation of sound intensity in large eddy simulation method. Journal of Vibration and Sound, 2023. 11(22): p. 61-78.
[27] ISO, E.N.A.-D.o.s.p.l.o.n.s.u.s.p.P.m.f.a.a.h.-a.r., 2003‏.
[28] Kaviani, H. and A. Nejat, Aeroacoustic and aerodynamic optimization of a MW class HAWT using MOPSO algorithm. Energy, 2017. 140: p. 1198-1215.
[29] Kaviani, H. and A. Nejat, Aerodynamic noise prediction of a MW-class HAWT using shear wind profile. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2017. 168: p. 164-176.