贯流风扇气动声场数值模拟及分析

针对贯流风扇气动噪声传播特性,采用基于非结构网格的CE/SE算法对其气动流场进行数值模拟,并模拟了气动噪声的传播.湍流模拟采用大涡模型,搭接式滑移网格模型处理动静干涉.噪声传播采用完全欧拉方程作为控制方程,远场采用无反射边界条件.将使用该方法得到的远场噪声频谱与实验数据进行对比分析,结果表明与实验测量得到宽带频谱不同,采用大涡模拟湍流模型进行声源模拟时,会加强部分离散频率上的声级,从而产生误差.     

管道模态波入射下HQ管降噪机理研究

随着涡扇发动机风扇直径增大转速降低,低频噪声控制问题引发格外关注。HQ管作为一种抗性降噪结构,在低频段拥有良好的降噪效果。本文首先建立了带HQ管的管道风扇噪声数值模型,并对声传播特性进行了细致的仿真分析,获得了与前期实验数据对比一致性良好的预测结果。最后通过不同HQ管排布螺旋角下降噪效果和声模态分解结果的对比分析,对HQ管降噪机理进行了探讨,发现HQ管对模态波降噪的主要模式是模态的反射与散射,并且不同于将入射模态散射为截止模态的传统认知,将入射模态散射为不占优的可传播模态可以大幅削弱占优模态的幅值,同样具有较为明显的降噪效果。     

开式轴流风扇气动噪声预测

本文采用LES/FW-H的匹配方法,研究了开式轴流风扇内部旋涡流动特征及其与叶片表面干涉引起的气动噪声之间的联系,同时进行了远场噪声预测,探讨了叶轮不同表面辐射噪声时的频谱分布特征.研究结果表明,开式轴流风扇吸力面附近形成的叶尖涡和前缘分离涡在吸力面叶片表面相应位置形成大压力波动,形成主要噪声源;叶片吸力面的辐射噪声可以通过改善吸力面附近的旋涡流动来降低;低速轴流叶轮由叶轮壁面辐射的噪声以宽频成分为主.     

基于SNGR方法的后缘噪声数值模拟

采用随机噪声产生和传播(SNGR)方法对后缘噪声进行数值模拟.SNGR方法结合随机方法和计算流体力学,耗费较少的计算资源就可以预测噪声水平.数值模拟时采用有限体积法求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程;采用有限差分法求解声学扰动方程,数值格式采用色散关系保持(DRP)格式,远场边界条件采用无反射边界条件.以二维平板和NACA0012翼型为例,编制程序,与参考结果对比表明,程序可以预测后缘噪声.     

基于两级通流模式的贯流风扇气动噪声模型

贯流风扇独特的流动形态导致主流并非发生于部分流道,根据其内流特点,本文提出了两级通流模式。在离心风扇及轴流风扇气动噪声模型基础之上,同时考虑风扇的具体几何尺寸,运行情况,及蜗壳的存在对噪声传播的影响,提出了贯流风扇叶轮气动噪声的预估模型。试验结果验证了该模型的可靠性,在低转速1100r/min以下时可以较好地预测贯流风扇的气动噪声总声压级,在较高转速时,存在一定的误差。     

风机封闭系统内噪声模拟分析

风机系统工作时的一个突出问题是其进风口和出风口产生的噪声。由于风机流场非常复杂,以及实验成本、实验条件限制,基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）的理论逐渐成为风机噪声估计的重要方法。本文拟通过对由风机及其冷却系统构成的封闭系统进行数值建模和仿真,判断出风机主要气动噪声源的位置和种类,为处于封闭系统内的风机的噪声大小预测,提供一个可供参考的信息。结果表明：风机出口腔体内部非定常压力波动强度最大。     

掠动叶对微型轴流风扇气动-声学性能的影响研究

轴向掠是叶片的径向成型方法之一.本文基于Fluent软件分别对具有前10°、后掠10°和径向0°动叶的三种风扇模型进行了定常流场和非定常流场的数值模拟,然后基于FW-H积分完成了风扇流动噪声的远场辐射计算,研究动叶的轴向掠对小尺寸轴流风扇气动与声学性能的影响.结果表明,前掠叶片和后掠叶片使风扇的全压在大流量工作区域低于0°径向风扇,内效率也略有降低.在气动声学性能方面,研究结果表明前掠不利于本文所研究的微型轴流风扇气动噪声的抑制,但后掠动叶降低了风扇的噪声,相比径向风扇,后掠风扇的远场噪声总声压级约下降1. dB.     

三维FW-H方程与CAA数值模拟匹配技术研究

本文研究了三维FW-H方程与CAA数值模拟匹配技术。首先验证了适于亚音任意运动声源的Farassat时域公式和适于亚音匀速直线运动声源的Lockard频域公式,采用均匀流中单极子源声辐射问题对两类公式进行了校核。进一步,采用FW-H／CAA匹配技术对风扇／压气机前传声进行了预测。近声场基于轴对称三维CAA方法获得,远声场则基于近声场数据采用三维可穿透FW-H方程时域公式进行预测,并校核算例着重分析了不同积分面对远场声指向性的影响。本文研究证实了FW-H／CAA数值模拟匹配技术的可行性和解决工程实际问题的潜力。     

开孔结构流致噪声的数值模拟和机理分析

飞机机体表面的开孔设计会形成空腔结构,产生空腔流致噪声。空腔噪声的控制需要彻底认识其流动和噪声机理。以飞机的功能性开孔为例,通过半经验公式分析了其空腔噪声频率随速度的变化规律,预测了出现流声共振的工况。空腔发生流声共振时,特定频率的纯音噪声会被放大。为此,采用脱体涡模拟方法开展了开孔结构流声共振的三维非定常数值计算,分析了其流场和声场特性。其中,数值方法的准确性通过圆形空腔标模计算进行验证。结果表明,在一定速度下剪切层内的扰动将诱发空腔深度方向声模态,出现流声共振现象。此时,剪切层表现为强烈的周期性上下拍动,空腔底部和后缘区域的局部压力脉动幅值较大,声波主要由空腔后缘向上游方向辐射,上游噪声大于下游。     

Rijke管自激热声振荡的数值模拟

为了对热声不稳定的发生及控制机理进行研究,对Rijke管内的自激热声振荡现象进行了数值模拟。采用具有低频散低耗散特点的计算气动声学方法,对带有非线性热源项的声波方程进行数值求解,并比较了不同的热源模型及边界条件对非线性效应的影响。结果表明,计算气动声学方法可以成功捕捉到Rijke管内压力的起振过程,而且在速度扰动达到平均流速度的1/3时,振荡会由线性增长转为非线性增长,最终达到有限幅值极限循环。相比热源项,考虑管口辐射耗散的非线性边界条件在振荡幅值和频谱方面对结果的影响都比较小。数值模拟得到的结果与实验符合较好,表明计算气动声学方法适合于热声振荡问题的研究。     

热声发动机的CFD数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法,对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机实验系统分别进行了二维和三维数值模拟。计算模型具有与实验系统相同的几何结构、尺寸和运行工况。对计算模型的有效性进行了研究,表明实现有限换热条件的板叠实物模型适合驻波热声发动机的模拟,而实现局域热平衡的多孔介质模型适合热声斯特林发动机的模拟。计算结果成功观测到了非线性的自激振荡演化过程,捕捉到了两种发动机的不同非线性现象。计算结果分别给出了两种热声发动机内部的声场分布特性和复杂流场。计算结果与实验结果的对比验证了CFD方法对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机模拟的有效性。     

脉冲管制冷机中惯性管的数值模拟研究

本文利用Fluent软件对惯性管进行数值模拟,计算采用二维层流的数值模型,得到惯性管入口处质量流量与压力波之间的相位及惯性管内部的压力波幅值和质量流量幅值的变化,给出不同频率及惯性管尺寸对惯性管入口处压力波与质量流量之间的相位的影响.通过分析并计算得到脉冲管冷端质量流量,进行设计计算.     

脉冲管制冷机动态特性数值计算研究

针对脉冲管制冷机内部交变流动及多孔介质蓄冷机的特点建立了数值计算模型,采用改进的数值模拟方法对脉冲管制冷机内部气流的交变流动、换热以及制冷过程进行了详尽的数值研究,得到了脉冲管制冷机内各参数的动态变化,分析了各动态参数变化对制冷机整机性能的影响,并从提高数值方程的计算精度和收敛性方面给出了改进的数值模拟方法。模拟分析与实验结果符合良好。该模拟方法的特点从基本流动换热微分方程出发,尽可能多的考虑实际制冷机工作过程中的各种不可逆因素,包括实际气体的物性变化,各部件的流动阻力和传热损失。     

基本型脉管制冷机的全三维数值模拟计算

建立了基本型脉管制冷机的三维物理和数学模型,在可压缩流动程序的基础上,开发了基本型脉管制冷机的三维非稳态可压缩交变流动与传热耦合计算的数值模拟计算程序。考察了截面平均参数在一个周期内随时间的变化情况,详细分析了脉管内的流场和温度场以及其他各主要参数的变化,对脉管制冷机的工作过程和制冷机理有了进一步的了解和认识,为脉管制冷机的结构改进和实用化奠定了一定的基础。     

一种应用在航天回路热控系统上的二氧化碳两相冷凝器防冻设计的数值模拟

在航天回路热控系统的设计过程中,由于涉及到复杂的太空热流环境,以及真空,微重力等因素,仅仅依靠地面试验,有时难以真实模拟太空环境,此时就需要利用数值模拟的方法为设计提供参考依据.本文介绍了利用SINDA/FLUINT模拟的方法,对一种应用在主动式热控回路上的冷凝器进行流向择优设计和散热分析,得出对这种冷凝器/辐射器防冻的较优方法.     

管内CaCO_3污垢形成过程的数值模拟

本文以圆管内 CaCO3 污垢的形成过程为研究对象,从传热传质的角度建立了一个圆管内 CaCO3 污垢形成过程的数学模型,利用化学反应模型对圆管内 CaCO3 污垢的形成过程进行了数值模拟,得到了 CaCO3 污垢的沉积率、剥蚀率以及污垢热阻随时间的变化规律.     

水平管降膜蒸发器管外液体流动数值模拟

水平管外液体成膜厚度是反映管外液体流动情况的重要参数之一.本文用数值模拟的方法,通过计算不同条件下的液膜厚度来研究冷态情况下水平管降膜蒸发器管外液体流动的影响凶素.计算结果表明:液体的初始流速和管间距对蒸发器底部蒸发管管外液体的流动影响比较明显,要增大整个降膜蒸发器中成柱状流的管排范围,需同时考虑流速及管间距的影响,且二者的变化对成柱状流的管排数的影响趋势相反.     

旋成体表面防热的发汗冷却控制及其数值模拟

研究高超声速旋成体表面防热的发汗冷却控制系统,除去得到与平面情形相当的临界发汗通量之外,还得出另一个较小的第二临界发汗通量.当发汗通量介于这两个临界发汗通量之间时,表面虽将出现烧蚀,但烧蚀会自动停止,留有剩余厚度.还进行了数值模拟,给出各种特性曲线;详细讨论了对热层表面烧蚀控制的三种方式:表面温度的控制、表面烧蚀量的控制和表面烧蚀开始时间的控制,给出控制变量选取的准则.     

泵站水泵进水池内防涡装置有效性的数值验证

本文提出了一种消除泵站水泵吸水管内旋涡和流动分离的圆锥形防涡装置。为了验证该装置的有效性,建立了泵站水泵进水池和吸水管内三维湍流流场的数学模型,用分区网格构造了泵站水泵进水池和吸水管的贴体计算网格,采用有限体积方法,计算了无圆锥形防涡装置和有圆锥形防涡装置时,水泵进水池和吸水管内三维湍流流场,结果证明该圆锥形防涡装置能有效消除水泵吸水管内旋涡和流动分离。     

膜蒸馏装置热容腔流场数值模拟的可行性分析

本文运用CFD软件,采用水作为工质,在第Ⅲ代膜组件基础上,对旋转切向入流空气隙膜蒸馏热容腔内的流场进行了模拟计算,通过数值模拟结果与实验数据的比较分析,验证了针对膜组件热容腔进行理论模拟所设置的物理模型和边界条件是符合实际的,理论模拟值和实验值的误差在20%范围内,其结果较为理想.