射流冲击圆锥噪声特性实验及数值分析

为研究低马赫数条件下射流冲击圆锥形障碍物的气动声学特性,针对4个冲击距离下的射流声场进行了远场实验测量,并基于大涡模拟进行了数值模拟计算,结果显示声场测量与数值结果吻合较好。从数值模拟捕捉到的冲击射流涡结构产生、演化以及耗散的变化现象,分析了冲击距离与远场声压之间的影响因素及涡变化与声源分布关系,发现影响冲击射流的主要噪声源与冲击距离具有很强的相关性。研究表明:障碍物位于10D_e位置处时所接收到的声压级最大,影响冲击射流的主要噪声源为旋涡脱落引起的具有宽频带特性的偶极子噪声源;当冲击距离较远时,主要声源为具有低频特性的自由射流段涡环配对产生的四极子源。     

几种仿生翼型气动性能及噪声特性研究

依据翼型理论分别提取四种鸟类翅膀沿展向40%截面处的翼型,采用大涡模拟结合声类比的FW-H方程的方法对不同仿生翼型进行流场及声场的模拟。非定常流场的计算结果表明,在逆压梯度作用下,气流在叶片吸力面前缘开始分离;在叶片下游处产生了明显的涡结构,脱离叶片尾缘后涡结构发生破碎。在四种仿生翼型中,海鸥翼型的升阻比最大,鹗翼的升阻比最小,但鹗翼具有优良的降噪特性。声压级的方向性分布揭示了仿生翼型声源具有偶极子声源特性。     

热激励器对超音速自由射流流动特性的影响EI北大核心CSCD

本文研究热激励器对超音速自由射流流动特性的影响,用S-A湍流模型得到马赫数为1.3的自由射流的准稳态流场,然后用LES方法模拟热激励器的热效应对射流流场不同区域的激励作用。文中讨论了持续式加热和脉动式加热对超音速剪切层涡发展的不同影响。前者通过提高局部区域温度,影响自由射流流场结构和超音速剪切层的涡结构;后者则通过凹槽内的脉动式热效应,产生压力扰动作用于主流场来改变涡的发展特性。     

热激励器对超音速自由射流流动特性的影响

本文研究热激励器对超音速自由射流流动特性的影响,用S-A湍流模型得到马赫数为1.3的自由射流的准稳态流场,然后用LES方法模拟热激励器的热效应对射流流场不同区域的激励作用。文中讨论了持续式加热和脉动式加热对超音速剪切层涡发展的不同影响。前者通过提高局部区域温度,影响自由射流流场结构和超音速剪切层的涡结构;后者则通过凹槽内的脉动式热效应,产生压力扰动作用于主流场来改变涡的发展特性。     

空腔流动的大涡模拟及气动噪声控制

大涡模拟(LES)和三维的Ffowcs Williams-Hawkings声学比拟方法相结合,研究空腔过流的一种噪声控制措施.空腔的底板/后墙使用多孔壁板,因此流体可以穿透空腔壁面,多孔效果使用Darcy压力-速度关系模拟.声源流场由LES计算,声辐射和远声场由声学比拟获得.结果表明,这种措施有效地减弱了空腔内的压力脉动和远场声辐射,低频脉动Rossiter模数对应的波动幅值被有效抑制,声源中偶极子占优项大幅度减小,从而抑制了声辐射.     

圆柱绕流气动声的偶极子及四极子源法定量研究

以亚临界三维圆柱绕流的气动噪声为对象,研究声类比理论中偶极子及四极子源模型在预测低Mach数流动气动声的可靠性及准确性。使用大涡模拟(LES)得到非定常流场,并依据声类比中的Curle等效偶极子面源和Lighthill四极子体源模型,提取相应的声源数据,经Fourier变换得到涡脱落频率处的声源信息,进而定量预测圆柱绕流的气动声。结果表明:Curle模型的结果与实验结果吻合良好,Lighthill体源模型预测的准确性依赖于声源区域截断,不恰当的声源截断将导致错误的声场预测。      

基于非结构网格CE/SE算法圆柱绕流气动声场模拟

本文采用时空守恒(CE/SE)格式求解Navier-Stoks方程与Euler方程,数值模拟了绕圆柱流动引发的气动噪声源及传播问题.对近声场与远声场采用了不同的控制方程和边界条件,分别得到了流场与声场解.将其与采用大涡模拟和FW-H方程得到的结果进行了对比,表明本文的数值方法能够很好地反映流场与声场的形态,能较好地模拟声场指向性及流场中的拟声现象,相比LES/FW-H方法能更精确地反映流场与声场的相互关系.     

地形强迫对西边界流的影响探究实验

文章实验旨在利用实验室转台、常角度倾斜斜面、圆柱形障碍物以及水泵来模拟西边界流和海底地形.利用PIV粒子图像测速技术探究表层流场,并讨论当地形障碍物位于不同位置时,西边界流的流态变化及能量分布情况,进而探究流域中涡旋的产生位置、传播路径和涡周期.实验结果表明正压条件下入侵西边界流的地形障碍物能够在其下游产生涡动能较大的流动并可认为是黑潮延伸体模型,并且由于此流动具有强烈的不稳定性,有非定常涡旋在此产生并传播;另外,不同位置的地形障碍物也可能导致西边界流分叉,产生回流流涡,进而使得西边界流流量以及能量分布发生变化.      

襟翼侧缘噪声机理及修型降噪设计

襟翼侧缘噪声是飞机起降阶段机体噪声的重要噪声源。采用极大涡模拟对襟翼侧缘非定常流场进行数值模拟,分析其噪声产生机理.基于此,提出了两种襟翼侧缘修型方式,应用虚拟渗透面的Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H)声比拟方法将修型构型的远场噪声频谱特性和指向性与基准构型对比分析,研究其降噪效果。通过流场和声场的数值模拟表明,襟翼侧缘噪声属于宽频噪声。不同的襟翼侧缘形状改变了流场形态、侧缘涡结构以及涡系的发展过程,进而对声源分布和远场噪声特性产生影响。结果表明:在给定的5°计算迎角下,两种襟翼侧缘修型方式在保证增升装置的原有升阻气动特性的前提下,能达到减小全场总声压级1~2 dB的降噪效果。      

合成射流控制高负荷扩压叶栅分离数值研究

采用数值模拟的方法,研究了合成射流对高负荷扩压叶栅分离流动的控制效果,分析了关键的控制参数激励频率、幅值和位置对控制效果的影响。结果表明,合成射流能够有效削弱高负荷扩压叶栅内的大尺度分离结构。激励频率与原流场的主分离涡脱落频率相近时控制效果占优。激励幅值存在较为明显的阈值,当激励幅值大于该阈值时控制效果较为显著。激励位置位于主分离涡起始位置附近时,控制效果较好。     

套管井体胶结状态对井孔中声传播的影响

从波动方程出发,利用匹配边界条件,木文推导出套管井中由单极子和多极子声源激发的井内声场定解表达式及相应的导波色散方程．利用实轴积分法和快速傅里叶交换数值方法,具体计算了套管井中不同胶结情况时由单极子声源和偶极子声源激发的井轴上不同源距处的全波列波形。结合套管井中的轴对称导波模式,分析了胶结状况对套管井中单极子和偶极子声源激发的声场的影响．研究结果表明：仅利用普通单极子声源或偶极子声源进行套管井测井,难以区分出套管胶结良好、套管与水泥为滑移胶结和自由套管情况三种不同的胶结情况;只有把普通单极子声源测井与偶极子声源测井结合起来,才有可能准确评价套管的胶结情况。     

自由热射流流场的光学不均匀性数值研究

 通过建立物理模型，求解层流N-S方程，用数值方法模拟了二维热射流流场的有序大涡结构，计算了流场不同流向位置的光程值，分析了射流流场混合层的光学特性，得出了气动光学流场由于流场中大尺度涡结构的存在所引起的光学不均匀性，大涡结构中奇点所导致的光学畸变最大，在一定条件下大涡结构有散焦作用。     

不同角度圆锥冲击射流的噪声特性研究

本文针对射流冲击不同角度圆锥体的噪声特性进行了研究。通过声学测量实验获得了总声压级和噪声频谱等声学数据,分析结果表明,锥角对冲击射流噪声特性的影响随着冲击距离的变化而变化。同时,对冲击射流的流场进行了数值模拟,结合流场模拟结果与声场测量结果,对不同冲击距离与圆锥角度下冲击射流的主要噪声源进行了分析。此外,还进行了噪声指向性研究,给出了不同冲击距离、监测点位置及圆锥角度下冲击射流总声压级的分布情况。     

射流温度场与拟序结构间相互作用的大涡模拟

本文分别对常温空气和高温空气的平面自由射流进行了大涡模拟,采用分步投影法求解动量方程,亚格子项采用标准Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ亚格子模式模拟,并同时求解了标志物输运方程以实现数值流场显示。模拟结果给出了湍流的瞬态发展过程以及流动中拟序结构的发展演变过程,通过对常温射流和高温射流瞬态流场的比较揭示了射流中温度场与拟序结构间相互作用的细节过程。     

具有旋涡的翼型绕流辐射声场的数值研究

本文运用面无法和涡声理论数值来研究具有旋涡的ＮＡＳＡＧＡ（Ｗ）－１型翼型绕流的流场和辐射声场，这对于提高透平机械的效率及降低辐射噪声很有帮助。采用作者积累的关于面无法的一些计算技巧，首先成功地求解了不同攻角来流时的流场，再用涡声理论计算了涡旋绕过翼型时声压场的变化及声源的指向性，最后给出了有关这种流动噪声的发声机理和声源特性的一些有用的结论。     

电磁力控制湍流边界层分离圆柱绕流场特性数值分析

在亚临界区高雷诺数Re=1.4×105下,采用脱体涡模拟结合湍流分离的方法对弱电解质中电磁力作用下湍流边界层分离圆柱绕流场及其升(阻)力特性进行了数值模拟和分析.结果表明,电磁力可以提高圆柱体湍流边界层内的流体动能,延缓圆柱体湍流边界层的流动分离,减弱圆柱体湍流绕流场中在流向和展向上大尺度漩涡的强度,减小圆柱体阻力时均值及其升力脉动幅值.当电磁力作用参数大于某个临界值后,湍流边界层流动分离消失,在圆柱体尾部产生射流现象,从而电磁力对圆柱体产生净推力作用,出现负阻力现象,而且升力脉动幅值接近于零,出现圆柱体升力消失现象.     

跨音速轴流风扇转子叶顶泄漏流的数值研究

采用数值模拟方法研究了不同间隙,不同流量工况下叶顶泄漏流非定常流动特征,发现在研究的三个间隙中,只有当间隙大于或等于设计间隙时,流动才会出现非定常性.随着流量的减小,泄漏涡轨迹前移,当泄漏涡轨迹到达相邻叶片压力面时,影响压力面压力分布,打破流场静态平衡,引起叶顶流场及激波位置、强度发生非定常波动.     

脉冲激励下超音速混合层涡结构的演化机理

采用大涡模拟方法对脉冲激励作用下的超音速混合层流场进行数值模拟,所得结果清晰展示了流场中涡结构的独特生长机理.基于涡核位置提取方法,对超音速混合层流场中涡结构的空间尺寸和瞬时对流速度等动态特性进行了定量计算.通过分析流场中涡结构的动态特性在不同频率脉冲激励下的变化,揭示出受脉冲激励超音速混合层流场中涡结构的演化机理:涡结构的生长不再是依靠相邻涡-涡结构之间的配对与融合,而是通过涡核外围的一串小涡旋结构被依次吸进涡核来实现,且受激励流场中各个涡结构的空间尺寸变化较小;流场中的涡结构数量与脉冲频率成正比例关系,而涡结构的空间尺寸与脉冲频率成反比例关系;涡结构的平均对流速度随脉冲频率的增大而减小.针对受脉冲激励超音速混合层,给出了能够表征涡结构特性与脉冲激励参数之间关系的方程式,即受激励流场中涡结构的平均对流速度与脉冲周期的乘积近似等于流场中涡结构的空间尺寸(涡结构平均直径).     

混合层流场中涡结构对流速度的特性

基于大涡模拟和光线追踪方法, 对光线穿越流场后的光程分布与混合层流场中涡结构之间的关系进行了分析, 提出了一种基于涡核位置提取的涡结构瞬时对流速度定量计算方法, 并使用直接几何测量数据进行了验证. 通过对不同尺寸的涡结构、涡-涡配对及融合过程中的涡结构和强压缩性流场中涡结构瞬时对流速度的定量数值计算, 揭示了混合层流场中涡结构对流速度的特性: 对单个涡结构而言, 其瞬时对流速度具有脉动特性, 且脉动幅度随涡结构尺寸和流场压缩性而变化; 在涡-涡配对及融合过程中, 涡对中各个涡结构的瞬时对流速度都表现出类似正弦波动的特点. 针对混合层流场中涡结构对流速度的特性, 给出了其背后的物理原因.     

单层传声器阵列重建相干声场的近场声全息方法研究

针对传声器阵列两侧存在相干声源的非自由声场重建问题,提出基于球面谐波函数扩展近场声全息理论的相干声场重建方法。该方法在已知测量面两侧声源几何位置时,使用单层传声器阵列获取测量面处的声压分布,通过最小二乘法获得与目标声源和干扰噪声源响应对应的最优球波函数扩展项数和最优系数向量,结合测点位置的空间坐标进行声波分解,并分别重建出各声源在测量面上的声压分布。为了验证方法的有效性,分别给出了相干噪声源为球形声源和非球形声源的仿真验证,并在全消声室内对双扬声器产生的相干声场的重建进行了实验验证。结果表明:该方法对球形声源和非球形声源干扰下的声场重建都具有较好的效果,球形声源干扰下的重建精度更高。