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分形及规则布置方柱绕流场及气动噪声特性数值研究

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机械科学与技术 2024年第3期43卷 380-393页

作者：陈武韩斐周毅中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室四川绵阳621000 南京理工大学能源与动力工程学院南京210094

采用大涡模拟并结合K-FWH声比拟方法对两种具有相同阻塞率的方柱布置(规则布置和分形布置)流场进行数值模拟研究。首先利用前人的单方柱绕流实验和数值结果对本文所使用的大涡模拟方法进行验证,结果表明本文所采用的数值方法能较好的预... 详细信息

采用大涡模拟并结合K-FWH声比拟方法对两种具有相同阻塞率的方柱布置(规则布置和分形布置)流场进行数值模拟研究。首先利用前人的单方柱绕流实验和数值结果对本文所使用的大涡模拟方法进行验证,结果表明本文所采用的数值方法能较好的预测绕流问题的湍流特性。研究发现在雷诺数为10~4,两类布置方柱尾流场平均阻力系数大致相等。规则布置方柱尾流场旋涡脱落呈现明显的“相位锁定”现象,而分形布置方柱尾流场旋涡脱落杂乱无序。与此同时,声学仿真结果表明两类流场的远场声压级指向分布大致相同。规则布置方柱流场中的噪声呈现“相位锁定”现象,分形布置方柱流场能够改变噪声频谱特性,使低频噪声向高频噪声转移。

关键词：分形布置大涡模拟声比拟湍流特性气动噪声

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FW-H方程在声学速度预测中的拓展

空气动力学学报 2024年

作者：赵东旭王垿桁宋亚辉刘秋洪西北工业大学飞行器基础布局全国重点实验室

声学速度矢量在声场特征描述和流声模态分解方面具有独特优势。经典FW-H方程广泛应用于远场声压外推，但没有对声学速度3个分量的计算做出规定，因而不能直接用于远场声学速度预测。考虑均匀流中点源辐射声场，利用对流格林函数和线化... 详细信息

声学速度矢量在声场特征描述和流声模态分解方面具有独特优势。经典FW-H方程广泛应用于远场声压外推，但没有对声学速度3个分量的计算做出规定，因而不能直接用于远场声学速度预测。考虑均匀流中点源辐射声场，利用对流格林函数和线化动量方程建立了远场声学速度与声压的频域显式物理关联表达式，进而基于FW-H积分方程，提出了声学速度频域解析公式FV3A-M。利用均匀流中单极子和偶极子声辐射典型测试算例，证明了公式FV3A-M及其实施的有效性。通过数值方法评估了圆柱-翼型流动产生的噪声，并与实验数据进行比较。DDES方法的湍流模拟和FW-H方程的声压外推结果均与实验数据吻合。在观察平面内，声学速度u′1分量的主峰值指向性形如典型四极子声压场特征，而u′2和u′3分量的分布则呈现偶极子声压场特性。依据公式FV3A-M预测远场声学速度仅是FW-H方程外推声压的积分过程副产品，有力地拓展了FW-H方程的应用场景。

关键词： FW-H方程格林函数可渗透面声比拟声学速度

基于声比拟的压力管路阀门内漏噪声数值预报研究

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声学技术 2023年第2期42卷 234-241页

作者：吴猛猛高艳明岳李海斌钟小雁陈明辉海军潜艇学院山东青岛266199 中国科学院声学研究所北京100089 华能湖南岳阳发电有限责任公司湖南岳阳414102

阀门内漏对压力管路系统安全运行具有很大危害。基于声比拟理论,使用Fluent软件分别进行稳态及非稳态计算,获得阀门内漏的流场和声场特性。研究了管内介质、工作压力、横向距离以及阀门泄漏度对阀门内漏噪声的影响。通过实验对数值模拟... 详细信息

阀门内漏对压力管路系统安全运行具有很大危害。基于声比拟理论,使用Fluent软件分别进行稳态及非稳态计算,获得阀门内漏的流场和声场特性。研究了管内介质、工作压力、横向距离以及阀门泄漏度对阀门内漏噪声的影响。通过实验对数值模拟方法的正确性进行了验证。研究表明,阀门内漏流场旋涡与噪声直接相关。阀门内漏的声场信号为宽频随机信号,气阀内漏声场强度大于水阀,声压级随工作压力的增大而增大,并且随阀门泄漏度和阀后横向距离先增后减。研究结果可为阀门内漏的噪声预报以及阀门内漏检测提供借鉴。

关键词：声比拟噪声预报球阀数值模拟

可渗透面对流FW-H方程伪声产生机制和抑制方法

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空气动力学学报 2023年第6期41卷 16-25,I0001页

作者：何嘉华王垿桁刘秋洪钱振昊西北工业大学翼型、叶栅空气动力学重点实验室西安710072

可渗透面对流FW-H方程及其积分解在远场气动噪声预测中广泛应用,但当涡波通过可渗透面时会产生伪声传播。本文旨在清晰阐明这种伪声的产生机制,并提出有效抑制方法。耦合分析可渗透面对流FW-H方程的右端厚度源和载荷源,发现厚度源的物... 详细信息

可渗透面对流FW-H方程及其积分解在远场气动噪声预测中广泛应用,但当涡波通过可渗透面时会产生伪声传播。本文旨在清晰阐明这种伪声的产生机制,并提出有效抑制方法。耦合分析可渗透面对流FW-H方程的右端厚度源和载荷源,发现厚度源的物质导数和载荷源的散度操作可使积分面源自动过滤伪声源。伪声的产生源于对流FWH方程的求解采用了Farassat提出的分部积分公式,因部分积分项被忽略,导致伪声源自动过滤功能失效。从厚度源和载荷源中抽取含有涡波扰动的项,在对流波动方程求解过程中保留相应的物质导数和散度操作,以抑制涡波伪声传播。数值测试算例验证了伪声产生机制和抑制方法的正确性。

关键词：声比拟对流FW-H方程可渗透面伪声涡波

基于大涡模拟和声比拟的喷射流噪声时域预测方法

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振动工程学报 2016年第3期29卷 504-510页

作者：但佳壁郑四发刘海涛连小珉清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084 军事交通学院天津300161

结合大涡模拟(LES)湍流模型和声比拟(AA)方法,对排气喷射流噪声进行了全尺寸三维仿真研究,该方法兼顾了计算量与求解精度的需求,弥补了二维仿真模型在非均匀流场描述能力上的不足,并通过试验验证了仿真结果的正确性。排气喷射流噪声以... 详细信息

结合大涡模拟(LES)湍流模型和声比拟(AA)方法,对排气喷射流噪声进行了全尺寸三维仿真研究,该方法兼顾了计算量与求解精度的需求,弥补了二维仿真模型在非均匀流场描述能力上的不足,并通过试验验证了仿真结果的正确性。排气喷射流噪声以低频噪声为主,其声场具有较为明显的空间指向性,形态与喷射流场相吻合,越靠近势核和湍流混合区域,噪声越强。排气尾管的管口形式对流噪声具有明显的影响,相同流速下,由于扩张管式尾管的尾流沿径向扩散,使得其管口附近的流噪声要高于普通直管3~5dB。

关键词：声辐射喷射流流噪声大涡模拟声比拟

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三段翼型气动噪声特性数值分析

空气动力学学报 2022年第6期40卷 92-101页

作者：薛丝丹何嘉华刘秋洪蔡晋生西北工业大学翼型叶栅空气动力学重点实验室西安710072

采用混合计算气动声学方法对某三段翼气动噪声特性进行分析,气动声源采用IDDES方法模拟,噪声传播预估采用Curle方程。利用圆柱-NACA0012翼型绕流算例对数值算法进行验证,近场气动声源与远场气动噪声的预测结果和实验相吻合,IDDES方法可... 详细信息

采用混合计算气动声学方法对某三段翼气动噪声特性进行分析,气动声源采用IDDES方法模拟,噪声传播预估采用Curle方程。利用圆柱-NACA0012翼型绕流算例对数值算法进行验证,近场气动声源与远场气动噪声的预测结果和实验相吻合,IDDES方法可以精细捕捉涡脱落、分离和再附着等非定常流动现象,能为气动噪声的预测提供足够精确的声源信息;采用Curle方程能够准确高效地预测远场气动噪声,对低马赫数流动可以忽略四极子声源对远场的贡献。在此基础上,对来流迎角7.5°、马赫数0.17和雷诺数1.71×10^(6)的某三段翼气动特性和噪声特性进行预测,结果表明:襟翼表面脉动压力对噪声贡献最大,缝翼表面脉动压力对噪声贡献最小;1 000 Hz附近的低频噪声源于襟翼尾缘剪切层流动分离和尾涡脱落;缝翼凹腔内的涡脱落、融合和撞击主要诱发500 Hz以下的低频噪声;襟翼尾涡脱落和主翼后缘下方流动分离则产生4 500 Hz附近中频噪声。

关键词：分离涡模拟气动噪声三段翼声比拟噪声预测

基于混合方法的膨胀腔非稳态流动及气动噪声分析

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航空动力学报 2018年第12期33卷 2930-2938页

作者：刘海涛徐志龙刘林芽华东交通大学机电与车辆工程学院南昌330013 华东交通大学振动与噪声教育部工程中心南昌330013

采用混合方法对气流作用下的膨胀腔的非稳态流动和气动噪声进了数值仿真分析。建立基于有限体积法的流体仿真模型,采用大涡模拟方法对膨胀腔内部非稳态流动进行计算。数值仿真结果捕捉到了腔体内部非稳态流动以及涡量的发展变化过程,并... 详细信息

采用混合方法对气流作用下的膨胀腔的非稳态流动和气动噪声进了数值仿真分析。建立基于有限体积法的流体仿真模型,采用大涡模拟方法对膨胀腔内部非稳态流动进行计算。数值仿真结果捕捉到了腔体内部非稳态流动以及涡量的发展变化过程,并与实验观测结果基本吻合。采用积分插值的方法将流场结果插入声学网格上,基于气动声学理论计算腔体内部的流噪声源。建立声学仿真模型,将流噪声源导入声场网格中计算远场响应点的声压,并与实验结果进行对比,声压级以及共振频率都吻合良好。结果表明:混合仿真方法准确直观揭示出管内流噪声产生的机理和过程,尾管辐射噪声的仿真结果与实验结果及理论计算结果的偏差都在5%以内。

关键词：膨胀腔非稳态流动气动噪声混合方法大涡模拟声比拟

消声器膨胀腔气流再生噪声产生机理及抑制研究

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振动与冲击 2019年第16期38卷 192-199页

作者：刘海涛华东交通大学机电与车辆工程学院

结合大涡模拟和声比拟方法,对膨胀腔消声单元内部的流场及气流再生噪声进行了分析。建立流场数值仿真模型,采用大涡模拟方法对膨胀腔内部非稳态流动进行计算。建立声场仿真模型,通过提取流场信息计算气流再生噪声的声源分布。结合声比... 详细信息

结合大涡模拟和声比拟方法,对膨胀腔消声单元内部的流场及气流再生噪声进行了分析。建立流场数值仿真模型,采用大涡模拟方法对膨胀腔内部非稳态流动进行计算。建立声场仿真模型,通过提取流场信息计算气流再生噪声的声源分布。结合声比拟方法,将气流噪声源导入声场网格中计算远场响应点的气流噪声声压值,仿真结果与实验结果在声压级及共振频率上都吻合良好。根据腔内气流再生噪声产生的机理,选用穿孔管对气流再生噪声进行抑制。搭建气流再生噪声实验台,并加工实验样件,对不同气流速度下的穿孔管膨胀腔的噪声抑制效果进行分析验证。研究结果表明:穿孔管膨胀腔通过阻断强剪切层的形成可以有效抑制腔内低频气流再生噪声,并且随着气流速度的增加,抑制效果向中高频范围扩展;穿孔管膨胀腔对气流再生噪声声压级的抑制效果随着气流速度的增加而增强。

关键词：消声器膨胀腔气流再生噪声大涡模拟声比拟穿孔结构

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气动声学和流动噪声发展综述:致初学者

空气动力学学报 2018年第3期36卷 363-371页

作者：钟思阳黄迅香港科技大学机械及航空航天工程系北京大学工学院航空航天工程系湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871

本文面向初学者介绍气动声学和流动噪声研究的过去和现况,以声比拟为主要线索展开讨论,澄清了一些常见概念和误区,并解释了代表性问题的气动发声机制,兼顾评述了计算方法和实验技术,最后展望了未来可能有所发展的研究方向。

关键词：气动声学流动噪声声比拟