阻塞阀门喷注中的冲击伴随噪声

冲击伴随噪声是阻塞阀门噪声的重要成分。通常认为它是由阻塞喷注中的大尺度湍流结构和冲击气室的相互作用所产生的。分析表明,对于确定的管道系统和阀门上游驻压,存在一个确定的阀门开启位置。这时阻塞阀门喷注的冲击伴随噪声最强。     

轴对称阻塞喷注中的声源分布

本文讨论了轴对称阻塞喷注中的湍流混合噪声源的分布。分析表明,在阻塞喷注中,声源的分布十分复杂。 同时,本文讨论了阻塞喷注中湍流噪声与压力的关系;定量地分析了阻塞喷注中压力梯度对源强度和湍流噪声的影响。     

湍流喷注噪声的压力关系

自五十年代以来,对亚声速及超声速喷注噪声有大量的研究工作,但对阻塞喷注的湍流噪声研究甚少。作者曾于文献[1]中提出阻塞喷注湍流噪声的压力关系。本文是以前工作的继续,作者发现只要将文献[1]中所提出的关系式略加修改,适用范围便可以延至亚声速喷注。并得到湍流喷注噪声的发生机理。根据这个关系,可以推论喷注中的湍流噪声,无论是阻塞或非阻塞,来源都是湍流脉动的四极子源,只是在阻塞喷注中湍流速度继续随驻点压力增加,虽然气流的平均速度不再改变。作者还提出了湍流速度变化的规律,它的合理性及导出的噪声公式为实验结果所证明。     

阻塞喷注的冲击噪声

冲击噪声是阻塞喷注噪声的重要部份。我们对它的声场和频谱作了详细的实验测量,由于采用外差分析技术,冲击噪声的离散谱和宽带谱可同时记录。实验表明,声场和频谱与驻压比的关系很复杂,但在与喷注垂直的方向上,距喷口1米处的总声压级,如驻压比在3到8.5之间,约为97+20logd分贝,基本不受驻压变化的影响,其中d是喷口直径,以毫米计。进一步又给出了全部驻压比范围内的总声压级的表达式。宽带谱在驻压比为2.5到7之间,离散谱在5到7之间最突出,驻压比小于2或大于8.5,阻塞喷注噪声则主要是湍流噪声。本文还给出了计算离散谱频率和宽带谱峰频的新公式;对实验中观察到的离散谱的非谐频成份,也作了解释。在喷注上游方向,观察到阻塞喷注噪声频谱具有一个或几个凹陷部份,表明在这些频率范围存在干涉现象,可能是湍流噪声与宽带冲击噪声之间的干涉现象,文中说明了这种干涉的可能性。     

阻塞喷注冲击噪声的离散谱特性

本文研究了中φ20mm收缩喷口、压力比在2.05至3.95之间的阻塞喷注冲击噪声的频谱特性,离散频谱的基频频率与压力比的关系和离散频谱的远场指向性;提出了通过测定离散频谱的远场指向性来确定冲击波第一气室到喷口的距离S和涡旋运行速度V_c与喷注速度V_J的比值N的方法。并求得,N=0.49—0.74(平均为0.61)。     

非阻塞喷注噪声的A计权声功率的计算

喷注噪声的频谱是相似的。同一种介质的非阻塞喷注噪声的声功率谱随喷注直径的减小或喷注速度的增加而向高频移动,因而喷注噪声A计权声功率与喷注直径和喷注速度都有关系。本文使用-A声功率的连续计权函数和非阻塞喷注噪声的经验声功率谱函数计算了喷注噪声的A计权声功率与总声功率比值随喷注马赫数的增加而减小的关系。这个关系也可以用于估算因频谱的移动多喷口所获得的噪声降低。     

小孔喷注消声器在宇航设备上的应用

宇航设备中的供氧排气系统在排气过程中产生了很高的喷注噪声,小孔喷注消声器是控制喷注噪声的有效措施。以喷注噪声理论为基础,利用小孔喷注消声器设计方法,为宇航设备供氧排气系统喷口设计小孔喷注消声器。设计中通过限制孔间距要求,降低孔径,实现了小孔喷注消声器的高降噪效果。加工消声器并测试,降噪效果理想。喷注噪声的计算和实测结果对比显示,两者吻合良好,误差在2 dB(A)左右,但驻压比为4时,计算结果与实测结果相差较大,分析原因是喷口后附加喇叭口结构对喷注噪声中的冲击噪声产生了影响,而经典计算公式并未考虑此种情况。小孔喷注消声器在宇航设备供氧排气系统中应用的可行性和小孔喷注消声器设计方法的可靠性得到了验证。     

湍流喷注噪声定律的发展

本文对流体动力噪声的Lighthill理论进行了讨论,并导出与其U~8定律等值的压力定律,即噪声总功率为 W=8KD~2((P_1-P_0)~4/(ρ_0c_0P_1~2)) K即Lighthill常数,D喷口直径,P_1和 P_0分别为气室和大气压力。这个式子适用于低压冷空气喷注。进一步推广,求得高压阻塞喷注的湍流噪声、温度不同、喷注媒质不同也都适用的定律,以90°方向、距离1米处的声压级表示(dB,0dB=20μPa),得 L=80 10log((R-1)~4/(R~2-R 0.5)) 20log(TM_0/T_0M) 20logd其中,R=P/P_0,d=直径(mm),T,M为工作媒质的温度和分子量而T_0,M_O为室温及空气分子量。压力定律完全符合实验结果,它更便于在实际中应用。过去作者等提出的经验公式非常接近理论公式。     

恒压源脉动喷注噪声特性

本文在定常喷注噪声理论的基础上,对脉动喷注噪声进行了理论和实验研究,结果证明,对低频脉动喷注,其噪声可表示为互不相干的简源噪声和湍流噪声的叠加.对一台恒压脉动喷注模型作分析后得到的计算公式,可具体计算脉动喷注噪声的总噪声级和频谱,计算结果与实验数据相符合.     

脉动喷注噪声与稳态喷注噪声的关系

在假设气流脉动基本不影响湍流性质的基础上,求得了脉动喷注噪声的声压级公式(90°方向,1m远)。稳态喷注噪声的声压级,相当于脉动频率为零的特例,从而将脉动喷注噪声和稳态喷注噪声统一了起来,实验结果与理论符合。     

小孔消璔器的流量和噪声特性

本文对小孔消声器的流量流阻和噪声辐射与气室压力和小孔设计的关系进行了实验研究,并取得了规律。当气流的阻塞出现在小孔时,如小孔数不大,流量和噪声能量都与小孔数或其总面积成正比,反压力甚小,只在0.1大气压力上下。经过每个小孔的流量与气室压力(驻压)成正比,但有效面积只约为实际面积的60％,小孔总面积超过喷口面积的1.5倍后,流量逐渐饱和,最后达到喷口的流量。每个小孔产生的噪声则符合一般喷注噪声的规律。根据单个小孔噪声的指向性,可求得通过孔轴的表面上的平均噪声级,这个值应与管周开孔的小孔消声器在周围产生的噪声一致,实验证实了此点。因而求得一种方法,由与喷注垂直方向的噪声级可导出小孔消声器周围的噪声级,从而得到小孔消声器消声量的修正值,小孔间距对消声量的影响文中也作了进一步的分析。     

膨胀小孔消声器的流量和噪声特性

本文对膨胀小孔消声器的流量和噪声辐射与气室压力的关系进行了理论计算和实验研究并取得规律,流量和噪声特性都与小孔的总面积和排气管的截面积的比值η有关,存在一临界比值η_c当η<η_c时,气流只在小孔阻塞.当η>η_c时,气流先在排气管口阻塞,然后在小孔处阻塞.消声器的有效面积与排气管截面积的比值随小孔的总面积的增加而逐渐增加,最后饱和达到1,理论计算和实验都得到同一规律.当η很小时,气流在消声器内产生的噪声可以不计,消声器辐射的噪声为各个单孔辐射的总和,指向性图也与单孔喷注者相同.当η甚大时,消声器内膨胀的噪声起作用,消声器辐射噪声的指向性也发生变化.高压时,辐射噪声的声功率为不膨胀时各小孔喷注辐射的声功率的总和,没有膨胀降噪的作用.但如果将消声器内的膨胀噪声消除后,则消声器的辐射声功率降低,降低的值符合本文的理论预期.     

多孔材料的出流和多孔扩散消声理论

多孔扩散消声器是七十年代发展起来的一种新型消声器。它具有体积小、结构简单和较大的减噪本领。目前这种消声器已在国外推广使用,但缺乏理论。本文详细讨论了气流通过多孔材料由于摩擦所产生的压降,提出对多孔材料的阻塞出流可以用材料的有效通道面积和驻点压降来描述。还研究了多孔扩散消声器的原理,认为扩散消声器的噪声能量由两部分组成:一部分是大量小孔喷注所发的噪声;另一部分是小孔喷注汇合成为面积较大速度较低的扩散喷注产生的噪声。在一般情况下,后者是主要的。混合后的噪声可由混合后所形成的喷注中的气流驻点压力(或气流速度)来确定。文中对此做了系统的计算,并列举出多种扩散消声器。根据这些计算,便可以设计满足实用的各种扩散消声器。 关键词：     

喷注湍流噪声及扩散消声器

本篇报告的内容是我们从1974年以来所做的工作.主要介绍有关喷注噪声及其控制方面的紧密与实际相结合的基础理论研究工作.在整个工作中我们深深体会到,从广泛实践中抽象出来的基础理论研究的重要性及其对实践的指导作用. 一、喷注的湍流噪声[1] 随着工业的发展,气流喷注的出现更为频繁.一般,气流喷注产生很强的噪声对人的干扰极大.研究气流噪声的规律及寻求降低气流噪声的方法一直是一个重要的课题.四十年代由于喷气飞机的出现,推动了喷注噪声的研究,M.J.Lishthill在五十年代初从理论上推导出速度八次方定律,为愤庄噪声研究工作的先驱[2,3…     

喷口上游扰动对喷注噪声的影响及其抑制

本文研究了喷口上游气流受到扰动后对喷注噪声产生的影响。通过实验证明这种影响主要是上游湍流噪声辐射到喷口外部而产生的,并且观察到上下游之间存在微弱的非线性相互作用。在这个基础上进一步考察了小孔消声器对上游噪声的抑制作用,提出小孔消声器对这一部分噪声消声量的经验公式。     

风刮过树木为何发出啸声

本文通过一些例子,介绍了几种空气动力声的机理。它们是流经刚性表面的稳态非均匀流产生的声音;小障碍物周围的稳定流动产生的风啸声;边棱音以及湍流喷注噪声。对不同的空气动声的声功率和效率作了相互比较。对这些机理的了解,有助于空气动力噪声的控制。     

基于POD方法的湍流大尺度信息提取与分析

本文用正交分解(POD)方法对径向旋转方通道内直接数值模拟得到的湍流数据进行处理得到了湍流大尺度结构和POD模态的能量分布。对于不同的工况,文中均采用了200个具有相同时间间隔的湍流瞬时主流速度场作为样本。为研究浮升力对湍流大尺度结构的影响及POD模态的能量分布,对四个不同格拉晓芙数Gr_τ下的主流速度场进行了POD处理和分析。结果表明:湍流大尺度结构主要集中在通道的非稳定壁面(y=0)附近和侧壁面附近,随着格拉晓芙数的增加湍动能分布于更多的模态中。     

气体冲击喷流噪声的理论与实验研究

为研究高速气体冲击喷流噪声机理和控制途径,对气流冲击挡板的噪声特性进行了实验研究,并对噪声机理进行理论分析。高速气流喷流不同表面材质挡板的噪声实验表明,挡板表面材质弹性模量越小,气流喷注挡板的噪声越小。弹性模量小的材质容易吸收气体能量,降低作用在挡板上脉动力幅值,进而降低了喷流冲击噪声。喷嘴与挡板之间距离对喷流噪声产生显著的影响,距离增大使得喷流总噪声减小,但低频噪声增大.高速气流冲击挡板时,气流冲击挡板产生的湍动能决定了喷流噪声的大小,改变挡板表面物性是降低喷流噪声的一个重要手段。     

尾管中强脉动排气噪声辐射的特征线解

本文应用特征线法，对尾管中的强脉动流的传播问题进行了理论计算．尾管的强脉动排气，在流压超过临界值的情况下，在开口端处的流动将会阻塞，此时应取马赫数等于１代替流压等于大气压作为该处的边界条件．对于强脉动气流，流动的诸参数的起伏量可大于它们各自的时均值，本文将开口端向外的排气气流比作简源，令简源强度与排气气体的体积速度成正比，同时计及湍流噪声的贡献，这样得到的结果与实验可相比较．最后还计算了管长为一定时的噪声辐射与气室压力的关系，气压为一定时的噪声辐射和质量流通量与尾管长度的关系，以及不同气压下噪声辐射与尾管长度的关系，为指导气动声源和往复式发动机尾管的设计提供了计算方法．     

“反尖端”界面不稳定性数值计算分析

利用可压缩多介质黏性流动和湍流大涡模拟代码(MVFT),在超算平台上对"反尖端"界面不稳定性及其诱发的湍流混合问题进行了大规模三维数值模拟分析。数值模拟结果清晰地显示了冲击波加载界面后分解产生的冲击波、稀疏波、压缩波及其在SF6气体中的运动和相互作用,以及波多次加载界面的复杂过程,波和界面的每一次作用都会加速湍流混合区的发展和物质混合。"反尖端"界面受冲击波加载后发生反相而形成典型的大尺度壁面气泡和中心轴尖钉结构,该大尺度结构基本确定了湍流混合区的平均几何特征和包络范围而不依赖计算网格。高分辨率的计算网格下,捕捉到了更精细的小尺度湍涡结构和更强的湍流脉动,显示了湍流混合区所具有的复杂结构和特征。