轴流式散热风扇广泛应用于工业生产及人们的日常生活中,风扇在运行过程中不可避免的会产生噪声,其中气动噪声占主要成分,如何降低风扇气动噪声引起了众多学者的注意。随着仿生学的发展,运用仿生学思想降低风扇运行过程中的气动噪声问题,是近年来的研究热点。本文基于仿生学流动控制理论,对NACA0012翼型进行仿生学设计,通过数值模拟及试验等研究方法,探索仿生叶片的降噪性能及降噪机理,主要研究工作如下:(1)阐述国内外关于风扇叶片降噪研究现状,对比传统降噪措施以及仿生学降噪方法的优劣。得出仿生降噪方法相比较传统降噪方法在降噪能力以及未来发展方面都具有巨大优势。前缘波状以及尾缘锯齿结构的仿生叶片具有良好的降噪能力,以及较大的发展潜力。确定本文所研究的仿生叶片结构为前缘波状尾缘锯齿结构。(2)阐述翼型叶片数值模拟方法,确定本文对翼型叶片气动噪声的数值模拟方法为大涡模拟结合FW-H声类比模拟。选择NACA0012为本文数值模拟的叶片,确定叶片数值模拟计算域并划分四种不同网格数量的网格,通过网格无关性检验最终确定464万网格数量为本文数值模拟的网格数量。通过数值模拟分析研究NACA0012翼型噪声产生机理,结果表明:翼型叶片由于翼型壁面逆压梯度的存在导致壁面流体在尾缘附近发生边界层转捩以及涡脱落,并伴随着涡的破碎,进而导致壁面剧烈的压力波动;对比噪声理论模型发现声学反馈回路模型对叶片壁面产生的不稳定单音峰值噪声对叶片不同位置的影响能给出更好的解释。(3)通过总结国内外对仿生叶片的研究,对翼型叶片进行仿生学设计,设计出四种前缘和尾缘不同组合结构的仿生叶片;通过数值模拟对比仿生叶片降噪性能,分析降噪机理,模拟结果发现在0攻角以及5攻角下仿生叶片均有一定的降噪效果,其中对峰值噪声降噪效果更好;在0攻角下总噪声最大降低15.64dB。在5攻角下,对总声压级降噪范围为2.1～3.2dB。对仿生叶片降噪机理分析得出:1)仿生叶片由于波状前缘结构使近壁面前缘波谷区域存在等值反向的展向流动速度,展向流动速度在波谷位置汇合,从而使壁面涡脱落位置提前;2)前缘波状结构以及尾缘锯齿结构能够将较大尺度以及较大强度的展向涡结构破碎为较小尺度和强度的涡结构,减小壁面压力波动幅值;3)尾缘锯齿结构能够降低尾缘壁面压力波动的展向相关性;4)仿生结构的存在能够抑制T-S波的传输降低T-S波的峰值;综合这些因素使仿生叶片产生降噪的效果。(4)通过对叶栅转-干涉模型的数值模拟探索了前缘波状结构叶片叶栅对叶片前缘干涉流场的流场特性。结果发现前缘波状结构的叶片能够将大尺度展项脱落涡打碎为较小尺度的流向涡结构,使流场涡强度减小。(5)最后,将仿生叶片应用于小型轴流风机,并测试其气动和噪声性能,结果发现:较低工况小(18V2300rpm,21V2500rpm仿生模型3具有较好的声学性能,总噪声降低约3.02dB,3.46dB,但气动性能损失较大;在较高工况下(24V3000rpm)所有仿生模型降噪性能较差,其中Bionic-3降噪性能最差噪声增加约3.66dB,而气动性能影响较小。