矿用对旋式局部通风机是用于井下如岩巷、煤巷掘进工作面等局部区域进行通风换气的重要设备,但由于其高噪声对工作面有限的空间造成严重污染,不仅恶化了工人的作业环境,同时较高的声强可能会掩蔽井下某些信号,为井下安全高效生产埋下隐患。因此,如何在确保不显著降低局部通风机气动性能的前提下,进一步提高其声学性能,降低其运行噪声,对于改善井下工作环境和保证安全生产都具有重要意义。本文借鉴鸮翼尾缘锯齿形结构和座头鲸前缘非光滑结构的降噪性能,针对一台矿用对旋局部通风机的前级转子进行叶片仿生结构设计,分别设计了锯齿状尾缘、波浪形前缘和锯齿状尾缘加波浪形前缘3种叶片仿生结构。数值模拟和分析了锯齿状尾缘和波浪形前缘这2种叶片仿生降噪措施对局部通风机的气动及声学性能的影响。主要研究工作如下:(1)首先在设计工况流量(Qd)下,分别研究了 3种仿生叶片结构对局部通风机气动性能的影响。与原始叶片相比,在采用锯齿状尾缘、波浪形前缘、以及锯齿状尾缘加波浪形前缘这3种仿生叶片结构后,风机的全压升分别降低了 6.66%、1.21%和6.18%,全压效率分别降低了 0.21%、0.61%和0.86%,降低幅度并不明显。然后数值分析了不同流量工况下3种仿生叶片结构对局部风机气动性能的影响。结果表明:在小流量工况(0.8Qd)下,3种仿生叶片结构对局部通风机的全压效率和全压升的影响都比较小;在大流量工况(1.2Qd)下,采用波浪形前缘仿生叶片可以显著提升风机的全压升和全压效率,而采用锯齿状尾缘、锯齿形尾缘加波浪形前缘仿生叶片结构却使风机的全压效率和全压升大幅降低。因此,为了确保采用仿生叶片结构不显著降低局部通风机的气动性能,应使风机尽量在设计流量工况及略小于设计流量的工况下运行。(2)基于LES方法并结合FW-H方程的数值分析,揭示了锯齿状尾缘和波浪形前缘仿生叶片结构对风机离散单音噪声和湍流宽频噪声的降噪机理。研究发现,采用锯齿形尾缘结构仿生叶片时,抑制了原始叶片(直尾缘)在尾缘处产生的大尺度展向涡脱落现象,减弱了叶片表面的压力脉动强度,从而实现了离散单音噪声的降低;波浪状前缘结构仿生叶片能够显著降低叶片前缘处的压力脉动,从而降低了风机的湍流宽频噪声。(3)采用数值模拟的方法,对比分析了锯齿状尾缘、波浪形前缘和锯齿状尾缘加波浪形前缘3种仿生叶片结构在降低风机离散单音噪声与湍流宽频噪声方面的性能。结果表明,在不显著降低局部通风机气动性能的情况下,与原始叶片结构相比,本文所考察的3种仿生叶片结构均具有一定的降噪效果;采用锯齿状尾缘加波浪形前缘仿生叶片结构的风机,与仅采用锯齿状尾缘或波浪形前缘单一仿生结构叶片的风机相比,降噪效果更加明显;与采用原始叶片结构的风机相比,在1倍、2倍和3倍叶片通过频率(BPF)处,采用锯齿状尾缘加波浪形前缘仿生结构的叶片后,可使风机的离散单音噪声分别平均降低2.2 dB、3.8 dB和5 dB,同时湍流宽频噪声降低10 dB以上。