风力机叶片气动噪声风洞试验及数值计算

风力机叶片在运行时会产生明显的气动噪声。采用声学风洞开展NACA0012翼型气动噪声试验,获得不同风速下的气动噪声特征。建立基于大涡模拟的数值计算模型,进行升阻力系数对比验证和网格无关性分析。根据流场模拟结果和FW-H方程计算攻角为5°时风速10、15、20 m/s的叶片声压级,计算结果和声学风洞实测的声压级频谱整体趋势较吻合。进一步地,通过数值模拟对比研究不同叶片尺寸对流场和气动噪声的影响。根据不同风速下非定常流场的涡量云图,叶片流动分离点随风速增加而后移,旋涡尺度逐渐变小;同风速下,大尺寸叶片的分离涡更大一些,且涡核间距较大。根据数值模拟得到的不同尺寸叶片的声压级频谱图,叶片尺寸增大导致各频率声压级均有不同程度的提升,且频谱图中的声压级峰值向更低频移动。研究成果对于叶片气动噪声分析和声环境评估具有借鉴意义。     

两种鼻锥在高速气流中声学特性的研究

为了在气流当中进行噪声测量,传声器上必须加装适当形式的鼻锥以降低传感器自噪声。否则,传感器自噪声会过大而影响正常的声学测量。所以,当在高速气流中进行声学测量时,传感器自噪声成为测量的制约因素。如何降低传感器自噪声成为高速气流中声学测量的关键。鼻锥的形式对传感器自噪声有重要的影响。为了发展低噪声鼻锥,采用实验的方法,在闭口风洞声学实验段中,研究了两种形式鼻锥在风速为10m/s～50m/s时的声学特性。实验结果表明,半球型头部的鼻锥在风速为30m/s～50m/s时比常见的鼻锥自噪声小约3～11(dB)。因此,使用半球型头部的鼻锥可以改善测试条件或提高实验风速。     

主跨420m人行悬索桥非线性静风稳定影响参数分析

为了研究大跨度人行悬索桥非线性静风稳定相关参数的影响规律,采用内外两重迭代数值算法对一座420 m主跨人行悬索桥,进行了结构附加风攻角、来流初始风攻角、非主梁结构风荷载、抗风缆与中央扣结构措施等影响参数分析。分析结果表明:不计结构附加风攻角会放大静风失稳临界风速,由于正负不同初始攻角下静风荷载的不同发展路径,使得正攻角会恶化静风稳定性,负攻角会提高静风稳定性;非主梁结构风荷载对静风失稳临界风速影响很小,但是抗风缆风荷载对主梁静风位移影响很大,主塔风荷载对主梁静风位移影响最小;抗风缆会改变大跨人行悬索桥的静风失稳形态和大幅提高静风稳定性,对于420 m主跨量级的人行悬索桥,仅依赖中央扣措施很难使无抗风缆设计方案获得足够的静风稳定能力。     

风致静力扭角对桥梁颤振性能影响的节段模型试验研究

自由振动试验识别得到的气动参数已包含了一定的、但与实桥不严格相似的风致静力扭角的影响.为了在颤振分析中能精确考虑风致静力扭角的影响,首先必须消除节段模型试验中风致静力扭角对气动导数识别结果的影响.通过在试验过程中使节段模型作受控反向旋转可以消除平均风附加攻角,然后以象山港大桥为背景,将消除平均风附加攻角后的试验结果与常规试验结果相比较,对风致静力扭角对节段模型系统的阻尼比、气动导数和临界风速的影响进行了初步讨论.研究结果表明:风致静力扭角对模型扭转阻尼比和与扭转有关的气动导数有明显的影响.象山港大桥节段模型在+3°攻角发生颤振时风致静力扭角约为0.32°,攻角修正以后节段模型颤振临界风速识别结果提高了7%.     

Scruton数对小宽高比H型断面典型攻角风致振动的影响

驰振是一种易发于细长钝体构件的横风向气动失稳现象，质量阻尼参数是影响结构驰振特性的关键参数之一。为探究质量阻尼参数对小宽高比H型断面驰振的影响规律，本研究以曾家岩嘉陵江大桥H型吊杆为工程背景，针对宽高比B/D=1.91的H型断面进行节段模型风洞试验，得到典型风攻角下驰振响应特征，并分别研究了质量、阻尼参数变化所引起的Scruton数变化对大攻角驰振响应的影响规律，探讨了Scruton作为单一参数描述质量阻尼参数影响的可行性。试验结果表明：宽高比B/D=1.91的H型截面在风攻角0°和70°出现非定常大振幅驰振，当Scruton数增大，70°攻角的驰振振幅-风速曲线变化较0°攻角更显著；攻角0°和70°下的驰振临界风速均低于准定常理论值，采用经典准定常理论预测结果偏于危险，0°攻角相较70°攻角的起振风速更低，更容易发生风致振动，并且非定常驰振现象显著；阻尼比和质量比对不同风攻角下驰振的影响不同，在风攻角0°下，两者可近似由Scruton数统一表示，但在大攻角70°下，不能简单地由Scruton数表示。     

某型飞机主起落架结构件气动噪声特性研究

对某型飞机主起落架结构件的气动噪声特性进行了声学风洞试验和数值仿真分析。在声学风洞中,借助麦克风测量获得不同来流速度下噪声频谱特性。采用分离涡方法仿真模拟起落架周围非定常湍流流场,通过涡声理论计算声源的强度和位置,利用FW-H方程积分外推法求解声场,分析噪声的频谱特性、远场指向特性及其产生的机制。结果表明：起落架结构件噪声频谱特性仿真结果与试验结果在低频和中频段吻合较好;起落架结构件噪声呈现宽频噪声的特性;频谱曲线以及频谱中优势频率均随着来流速度的增加而增大;仿真曲线中的能量峰值分别对应于缓冲器与支柱、缓冲器与摇臂的干扰噪声;形成此噪声源的压力脉动位于缓冲器下部表面区域;缓冲器和摇臂是总噪声的主要贡献源,支柱对总噪声的贡献量最小;噪声辐射呈现非对称的指向特性。     

航空声学风洞背景噪声测试及频谱分析

为了降低航空声学风洞背景噪声的声压级水平,有必要对风洞背景噪声进行测试和分析。针对0.55 m×0.4 m航空声学风洞,介绍风洞背景噪声的测试方案及频谱分析。利用计算机采集得到的试验数据,使用平均周期图法计算噪声自功率谱密度,对测试结果进行详细分析。测试结果表明：风洞开口试验段风速为80 m/s时,背景噪声声压级为78.15 dB。     

覆冰多分裂导线三种TMD防舞效果对比研究

在风洞试验验证的覆冰导线三自由度运动方程基础上建立了竖向、扭转向和竖扭耦合调谐质量阻尼器和导线系统的运动方程。提出采用扭转向和竖扭耦合的调谐质量阻尼器进行舞动防治,并与竖向调谐质量阻尼器进行对比。根据李雅普诺夫第一稳定定理计算导线-阻尼器系统起舞风速,采用Newmark-β法求解运动方程验证起舞风速的正确性。计算了D形覆冰6分裂导线全攻角舞动幅值,以舞动幅值最大的170°风攻角为目标风攻角,以提高目标风攻角起舞风速为优化目标,对三种调谐质量阻尼器进行参数优化,并对比研究了不同风攻角下三种阻尼器在最优参数下对于导线起舞风速提高的效果。研究表明:竖向调谐质量阻尼器在覆冰侧迎风的5°～20°风攻角下降低了起舞风速;扭转向调谐质量阻尼器使得覆冰侧迎风的0°～40°风攻角的导线起舞风速提高至10 m/s以上;竖扭耦合的调谐质量阻尼器较另外两种形式的调谐质量阻尼器具有更好的提高起舞风速的效果。     

气流影响下的插入管消声器声学特性的实验研究

在管内气流流速10 m/s-100 m/s范围内,对长径比L/D=3.98的插入管型抗性消声器内部和外部声学特性进行了实验研究。探讨了气流流速大小和消声器结构参数的变化对插入管消声器声学特性的影响,并结合腔内气流涡模态,腔体声学模态和尾管声学模态对插入管消声器的声学特性机理进行了分析。实验及理论分析表明,气流流速对消声器内外声学特性均有明显的影响。气流影响下的插入管消声器声学特性与消声器腔体的声学模态和尾管的声学模态关系密切,而消声器腔内气流再生噪声的涡模态对其声学特性影响不大。     

附加攻角效应对颤振稳定性能影响

用强迫振动装置识别攻角从-3°~+4°细化步长变化为1°的洞庭湖二桥主梁断面气动导数;将该气动导数拟合成折减风速、攻角的三维曲面,只需获取某一有效攻角的具体数值即可自动求得所有气动导数值。通过在ANSYS中的三维TABLE表存储各攻角的气动导数,自动计入附加攻角对颤振稳定性影响。全模态颤振分析结果表明,附加攻角效应可降低该类桥梁的颤振临界风速。若按常规试验方法以3°攻角为步长进行气动导数插值计算,颤振分析有可能得到错误结论。     

风洞一维离散噪声ANC技术研究

风洞噪声不仅直接影响人们的身心健康,更重要的是较大的背景噪声还降低了风洞声学试验能力和试验精度,降低风洞噪声已成为风洞建设中攻关的关键技术问题。因此提出基于Fx-LMS自适应控制算法实现一维离散噪声主动控制,实验结果表明其能有效解决单波麦克风失匹配带来的误差,减小权系数变化对系统的影响,提高系统收敛速度;根据优化后的算法参数,在0.55 m×0.4 m声学风洞消声室进行管道噪声主动降噪实验,获得理想的降噪效果。     

斜拉索风雨激振试验新装置的设计与应用

针对石家庄铁道大学回直流可变大气边界层风洞,设计了一种用于斜拉索风雨激振试验的新装置,介绍了该装置的各组成部分及工作原理。应用该装置开展了一系列的风雨激振风洞试验,研究了斜拉索的倾角、降雨强度、来流风偏角和来流风速等参数对斜拉索风雨激振的影响。试验结果表明,该装置不仅可以比较方便地调节斜拉索的倾角和斜拉索与来流风之间的偏角,而且可以实现自然雨滴特性的模拟和雨量的控制;针对选定的直径为155 mm的斜拉索,在倾角为25°、风偏角为35°、降雨强度为10 mm/h、风速为13 m/s左右的条件下,斜拉索风雨激振的幅度最大。     

不同风攻角下薄平板的颤振导数

薄平板在不同风攻角下的颤振导数鲜有研究。该文以宽厚比40的薄平板为研究对象,首先采用强迫振动风洞试验测试技术,在0°、3°、5°和7°攻角条件下对其颤振导数进行了测试。结果表明,0°攻角下薄平板模型和理想平板的4个关键颤振导数保持一致。颤振导数A₂*在0°、3°和5°下为负值,且随着攻角增加绝对值减小,在7°攻角下当折算风速小于15时,A₂*虽然仍为负值但接近于0,当折算风速大于15时转为正值并迅速增大;其他颤振导数在0°、3°和5°下的改变不如A₂*显著,但在7°攻角下有显著变化。分别采用耦合颤振计算和自由振动风洞试验获得了薄平板模型在不同攻角下的颤振临界风速,两者误差小于4.5%,验证了颤振导数的准确性。研究成果也为大跨度桥梁考虑风攻角影响的颤振计算提供了参数。     

计及气流影响的小长径比插入管消声器声学特性的实验研究

在管内平均气流流速10 m/s~100 m/s范围内,对长径比L/D=0.6的插入管型抗性消声器内部和外部声学特性进行了实验研究。探讨了气流流速大小和消声器结构参数的变化对插入管消声器声学特性的影响,并结合腔内气流涡模态和尾管声学模态对小长径比插入管消声器的声学特性机理进行了分析。实验及理论分析表明,气流流速对消声器内外声学特性均有明显的影响。与消声器静态特性不同的是,在有气流情况下必须计及腔体内上游插入管气流喷射引发的涡模态。计及气流影响的小长径比插入管消声器声学特性与消声器腔内气流再生噪声的涡模态和消声器尾管的声学模态关系密切,而与消声器空腔本体声学模态无关。     

台湾后龙溪桥风洞试验研究与静风响应分析

摘 要：通过风洞试验研究了台湾后龙溪桥气动稳定性;获得了混凝土梁和钢梁两种断面发生涡振的条件、涡振锁定风速范围及涡振振幅;对自然界和风洞中的风轴和体轴异同进行了区分;实测了两种断面的静气动力系数;最后进行了非线性静风荷载响应分析。研究结果表明：实桥风速达到135m/s,不会发生气动失稳;钢梁和混凝土梁断面+3°攻角时在均匀流场中会发生竖向和扭转涡振,扭转涡振风速锁定风速很高,而且范围很宽;在紊流度约为10％风场中,攻角在-3°～+3°范围内,未观测到明显涡振;由静风荷载引起的主梁附加攻角很小,风荷载非线性对主梁扭转位移和侧向位移影响很小,而对竖向位移影响相对较大,原因是竖向风荷载引起主缆刚度改变。     

流线型箱梁颤振形态非线性特征的风洞试验研究

以南京长江第四大桥流线型箱梁断面为研究对象，基于节段模型自由振动风洞试验，详细测试了断面在不同攻角下的颤振性能。探讨了断面运动形态非线性特征随风速和攻角的演化规律，及非线性特征演化的动力学机理。研究表明，负攻角下，动力系统多非稳态极限环随风速增大逐渐减小的特征使得系统响应依赖于初始振幅，并导致了颤振性能随初始激励增大急剧减弱的现象；正攻角下，多稳态极限环随风速增大而增大的特征使得系统颤振响应表征为典型的软颤振；高风速下，极限环的消失使得系统响应表征为硬颤振，且不依赖于初始振幅；最后，从模态阻尼随振幅的演化规律，解释了系统颤振形态在各攻角下异同的动力学机理。     

某SUV轮罩区域气动噪声试验研究

汽车高速行驶的过程中,速度超过100 km·h^-1时,气动噪声对车内噪声环境的贡献起主导作用,突显出气动声源的研究与控制的重要性。采用试验与数值计算相结合的方法研究了轮罩区域的气动噪声与车内噪声环境的相关性,推导出了轮罩区域气动噪声的频率公式的修正系数与风速的关系,得到轮罩区域气动噪声对前排乘客舒适性影响较小,对后排乘客位的舒适性影响较大的结论。初步获得了轮罩区域气动噪声的控制技术,该技术一定程度上抑制了轮罩区域的气动噪声,改善了车内的噪声环境,提高了车内的声品质。     

低温环境对多孔材料声学性能的影响研究EI北大核心CSCD

针对低温环境对船舶多孔舾装材料声学性能的影响,阻抗管吸/隔声性能测试研究是被开展。基于传递函数法进行不同环境影响下玻璃棉材料的声学性能测试,试验给出了温度和含水率对玻璃棉材料声学性能的影响规律;在此基础上,以内河破冰船为例分析了低温环境下玻璃棉材料声学性能变化对舱室噪声的影响。研究表明,低温环境下玻璃棉的高频吸声系数将随含水率增加而显著下降,插入损失随含水率增加而增加,但低温环境导致玻璃棉材料声学性能的变化不会提高舱室噪声的超标风险。     

叶片型线影响射流离心泵水力及旋转噪声特性分析

为研究叶片型线对射流离心泵水力性能及旋转噪声特性的影响,提升射流离心泵叶轮设计水平,应用高阶Bezier曲线对叶片型线进行参数化控制,采用Plackett-Burman方法进行参数的显著性分析和筛选,基于响应面法对敏感性较强的3个控制变量进行中心复合试验设计,建立射流离心泵叶片型线与效率、扬程、轴功率及旋转噪声之间的多元回归模型,确定水力性能和声学性能之间的映射关系。结果表明:叶片包角、叶片出口安放角、叶片进口直径对射流离心泵的水力性能和声学性能影响最为显著;方差分析法和系数法检验结果证明回归模型高度显著,能够反映叶型控制参数与响应目标之间的客观关系;较小的包角、较大的出口安放角、较小的进口直径有助于改善射流离心泵的水力性能,设计空间水力性能最优参数组合为包角φ=52.5°,出口安放角β_2=50°,叶片进口直径D_j=14.5;叶型各控制参数编码靠近0水平时有助于改善声学性能,设计空间声学性能最优参数组合为包角φ=76°,出口安放角β_2=33°,叶片进口直径D_j=18;声学性能和水力性能在叶片型线的样本空间内具有逼近Pareto解的能力,Pareto前沿解沿一条呈下的凸形曲线分布。     

斜腹板倾角对扁平箱梁颤振性能影响及量化研究

开展了斜腹板倾角对扁平箱梁颤振性能影响及颤振性能量化的研究。设计制作了仅改变斜腹板倾角,固定宽度和高度的两组节段模型,保持测试系统的动力参数不变,采用风洞试验的方式获得了不同模型的颤振性能。测试结果表明:当扁平箱梁的宽高比在11左右时,在+5~°风攻角条件下,颤振临界风速受斜腹板倾角的影响较显著,而在0~°风攻角下此影响不明显;当宽高比在7左右时,无论在0~°或是+5~°风攻角条件下,斜腹板倾角对于颤振的影响均不明显。利用测试获得的两组模型的颤振导数,发现了斜腹板倾角的改变会造成耦合导数H_3~*和直接导数A_2~*的显著改变,从而导致了颤振临界风速的显著变化。根据试验数据和计算结果,采用颤振临界风速解析计算式中的颤振因子,量化了风攻角和斜腹板倾角对扁平箱梁颤振的影响,给出了不同条件下的颤振因子。相对于目前规范中颤振计算时的单一折减系数,条件化的颤振因子能够较准确地计算出扁平箱梁的颤振临界风速。研究成果也对如何有效改进扁平箱梁的气动布局有参考意义。