非紧致阻抗圆柱气动噪声数值预测与控制方法

为预测非定常流动与非紧致阻抗固体边界相互作用产生的气动噪声,开发一种基于精确格林函数和声模拟理论的气动噪声数值预测方法。非紧致阻抗边界对声波的散射作用计入精确格林函数,远场噪声采用FW-H方程计算。对具有任意几何外形的非紧致阻抗边界,采用边界元方法计算满足声学硬边界或声学阻抗边界条件的精确格林函数。同时,推导了具有阻抗边界条件的二维非紧致圆柱精确格林函数的解析解用以验证数值计算方法。数值计算结果表明数值解与解析解的结果一致,数值解要取得好的网格收敛效果需要在一个波长内布置至少20个网格点。圆柱绕流气动噪声预测结果表明,非紧致边界的阻抗特性对声传播有显著影响,采用合适的阻抗布置方式可以取得有效的噪声控制效果。     

气动噪声预测中非紧致格林函数的数值计算方法

采用声模拟理论预测非紧致结构与非定常流动相互作用诱发的气动噪声时,为考虑边界对声场的散射影响,需要应用非紧致格林函数。为此,发展了一种基于边界元思想的非紧致格林函数数值计算方法,该方法适用于任意外形结构,能直接计算非紧致格林函数及其偏导数。以二维圆柱边界为算例,采用理论解析方法推导了非紧致格林函数及其偏导数的正确表达式,并将数值计算方法结果与理论解析方法结果相比较,验证了数值方法的正确性。     

用快速多极方法预测圆柱绕流的气动噪声

采用声模拟理论预测气动噪声时需要大量的计算时间,快速多极方法将传统点对点计算转变为点集之间的相互作用,可以有效加速计算。基于二维自由空间格林函数的分波展开方式,推导了FW-H方程应用快速多极变换后的积分核函数与计算公式。计算了低马赫数圆柱绕流的非定常流场;并由此预测了气动声源。随后,分别采用传统方法和快速多极方法计算其声场分布。结果表明,基于分波展开方式的快速多极方法能准确计算圆柱绕流气动噪声,在频率较低时能大幅减少声场计算时间,且观测点数越多,加速效果越明显。     

利用格林函数求解三阶两点边值问题

本文讨论了利用格林函数方法对一类三阶常微分方程的两点边值问题进行数值求解。由三阶微分算子引出了格林函数,再根据边界条件构造了特定的格林函数,然后用数值例子加以说明。     

薄壁杆件翘曲剪应力的边界元精确积分解法

用非连续边界元对薄壁杆件的约束扭转进行了分析,推导出了求解边界点二次翘曲函数值的边界积分方程,给出了边界积分方程数值求解时积分计算的精确表达式。数值算例表明:利用边界积分方程方法分析薄壁杆件的约束扭转问题时效率和精度高,同时采用精确积分可以有效的处理"边界层效应"问题。     

叶片非均匀分布对斜流叶轮气动噪声的影响

针对某型斜流叶轮的气动噪声问题,基于FW-H方程利用FLUENT软件对叶片非均匀分布斜流叶轮的气动噪声进行数值模拟,获得叶片非均匀分布下斜流叶轮气动噪声的分布特性,并对比分析非均匀分布对气动噪声的影响规律。计算结果表明,叶片非均匀分布可以降低叶片基频及谐频上的声压幅值。研究结果可为斜流叶轮的优化设计提供理论依据。     

计算气动声学中的高阶Nodal-DG方法研究

气动噪声的直接模拟对数值格式的色散、耗散特性提出了严格的要求。基于描述声波的线性双曲方程,运用本征值方法分析了高阶Nodal-DG方法的色散、耗散特性。结果发现,对于任意给定的m阶多项式基函数,数值波解有m+1个值,但仅有一个能够表示对应微分方程的物理波传播方式,其余的都是寄生波,且两种波型的传播方向相反。通过与Tam的DRP格式和Lele的六阶紧致格式进行比较,发现在相同的计算精度下,Nodal-DG方法的有效求解波数范围介于DRP格式和六阶紧致格式之间。通过对初始扰动为高斯波形的计算比较发现,在较少的网格数下,Nodal-DG方法的计算结果可以与紧致格式的计算结果相比,但优于DRP格式的计算结果,非常适合于气动声学的数值模拟,为气动声场的直接计算提供了一种新的方法     

气动噪声数值计算方法的比较与应用

当前气动噪声问题已日趋普遍和突出。虽然自Lighthill开创气动声学已有半个多世纪,但是由于气动声学方程的复杂性,因此在很长一段时间内都无法实现气动噪声的准确计算。计算流体力学和声学计算方法的成熟,数值计算正在成为解决气动噪声问题的主要工具。从气动声学基本理论出发,对现有的三种气动噪声数值计算方法进行介绍,分析这三种方法的适用性,并通过应用实例说明它们各自的求解过程和优缺点。由此可对气动噪声的预测提供一定的参考依据。     

对旋风机气动噪声声强及压力脉动分布规律的数值预测

将SIMPLE算法与RNG-ε湍流模型相结合,通过求解Navvier-Stokes方程,对对旋风机从集流器进口到扩散器出口全流场内的三维定常流动进行数值计算。求解区域采用非结构化网格进行离散,以进、出口压力为边界条件,采用运动参考系实现动-静界面间的数据传递。对对旋风机气动噪声分布特性进行数值模拟,预测对旋风机内部、外壳和叶片的声强级分布情况。采用快速傅里叶变换方法(FFT)研究两级叶轮区域三对干涉面因叶轮旋转和叶片振动引起的压力变化规律。研究结果对通风机结构的优化设计及噪声控制具有参考意义。     

采用最小二乘的域外间接边界积分方程法

对于位势问题，本文将设在域外的虚拟场源函数作为待求量，采用最小二乘法逼近边界条件，建立一种求解位势问题的数值方法。该方法可以有效地模拟各种边界，而且完全避免了奇异积分，同时提高了边界附近的计算精度。     

快速多极子边界元法预测船舶舱室噪声

将快速多极子边界元法应用于船舶舱室噪声预测,考虑振动、刚性以及阻抗三类边界条件,计算得到舱室表面的辐射声压云图以及监测点处的声压级,通过和Virtual. Lab Acoustic软件计算结果比较验证方法的正确性;此外,通过和传统边界元法在总计算时间上的比较,表明快速多极子边界元法在计算大尺度声学问题中的高效性。     

考虑影响声传播因素的车用交流发电机气动噪声预测

为了更准确地预测车用交流发电机的气动噪声,基于计算流体力学及声类比理论,考虑影响声传播的因素,对实验室安装条件下的某型车用交流发电机气动噪声进行研究。利用大涡模拟方法计算了交流发电机内部三维非稳态流场;依据Lighthill声类比思想,将转子表面的压力脉动等效为旋转偶极子源点集;考虑发电机机壳及实验台面对声传播的影响,建立了以机壳内表面为声源边界的半自由声场计算模型,进而预测了发电机的远场气动噪声;最后,利用实测数据对发电机气动噪声仿真结果进行了验证。结果表明:交流发电机气动噪声的辐射声场具有明显的偶极子指向特性;仿真计算结果与实验测试结果具有很好的一致性。所提的研究方法能更准确地预测发电机的气动噪声,同时可为实车安装条件下的车用交流发电机气动噪声预测提供参考。     

空调离心叶轮尾流噪声的数值预估

由于现有的计算技术限制,风机气动噪声的数值预估是非常困难的。对于单个离心叶轮,已知其最主要的气动噪声源是叶片尾缘涡脱落导致的叶片表面压力脉动。基于Lee(1993)的轴流风机尾流噪声模型,提出一种可适用于离心叶轮尾流噪声数值预估方法。它包括三项主要工作:首先利用商用CFD软件Fluent对叶轮内的三维流场进行了数值模拟,并对所得气动性能进行实验验证;然后对叶片尾缘附近的速度剖面进行分析,提取出吸力面和压力面两侧的边界层厚度;最后,根据改进的噪声预估模型对叶轮的总声压级进行数值预估,在设计工况附近所得结果与实验值相比误差小于3dB。     

层状饱和半空间中沉积谷地对斜入射平面P1波的三维散射

在作者给出层状饱和场地三维精确动力刚度矩阵和层状饱和半空间中移动荷载动力格林函数基础上,采用间接边界元方法在频域内求解了层状流体饱和场地中沉积谷地对斜入射平面P1波的三维散射问题。该方法的特点在于虚拟移动均布荷载和斜线孔隙水压可以直接施加在沉积与层状饱和半空间交界面而不存在奇异性。该文通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀饱和半空间和弹性基岩上单一饱和土层中沉积谷地为例进行了数值计算分析。研究表明,沉积谷地对平面P1波的三维散射与二维散射之间存在本质差别,入射角度、孔隙率、饱和土层刚度和饱和土层厚度等参数对沉积谷地附近动力响应有着显著影响。     

薄膜型声学超材料隔声特性研究

由风管及局部构件中气流所产生的气动噪声一直是空调风管系统面临的主要问题之一，在系统设计阶段对管件中的气动噪声进行准确的计算具有重要的工程意义。对比我国与其他国家指导规范中空调风管系统气动噪声计算的相关内容后，发现主要差异集中于三通管件处气动噪声的计算。为探究各计算方法的准确性，对三通管件的气动噪声进行了实验测试和数值模拟。通过实验研究发现《ASHRAE Handbook》中噪声算法所得结果与实测数据更为接近，由数值模拟也得到相似结果。同时，实验与模拟中均发现干管出口端噪声水平低于支管出口端，这与《ASHRAE Handbook》所述矛盾。故认为《ASHRAE Handbook》中三通气动噪声算法更准确，但其对干管出口端噪声的描述存在问题。     

旋转点声源声场的数值仿真计算

旋转声源辐射声场的计算是利用点源模型预测风扇离散噪声的关键所在,对叶片式机械气动噪声的研究具有重要参考价值.提供了在任意边界条件下计算旋转点声源辐射卢场的数值仿真计算方法.将连续的旋转声源离散化,处理为分布于旋转轨迹上的有限个固定点声源.利用离散化处理后的声源,通过边界元法分别计算旋转单极子和旋转点力源的辐射声场.在自由空间内的计算结果与理论解进行了对比验证,得到较为理想的结果:另外进行了有限长圆管内旋转点声源辐射声场的数值计算,由此对不同长度圆管的结果进行对比,分析了管道长度对声场分布以及指向性的影响规律.     

Wind turbine aerodynamics using ALE–VMS: validation and the role of weakly enforced boundary conditions

In this article we present a validation study involving the full-scale NREL Phase VI two-bladed wind turbine rotor. The ALE–VMS formulation of aerodynamics, based on the Navier–Stokes equations of incompressible flows, is employed in conjunction with weakly enforced essential boundary conditions. We find that the ALE–VMS formulation using linear tetrahedral finite elements is able to reproduce experimental data for the aerodynamic (low-speed shaft) torque and cross-section pressure distribution of the NREL Phase VI rotor. We also find that weak enforcement of essential boundary conditions is critical for obtaining accurate aerodynamics results on relatively coarse boundary layer meshes. The proposed numerical formulation is also successfully applied to the aerodynamics simulation of the NREL 5MW offshore baseline wind turbine rotor.     

Three-dimensional magnetic field analysis method using scalarpotential formulated by boundary element method

A computational method for magnetic fields formulated by a BEM (boundary element method) has been developed. In the method, a reduced scalar potential is selected as an unknown variable to simplify the calculation of the boundary conditions. Its use requires a high numerical accuracy of the potential gradient. Conventional BEM does not provide this, because numerical element integration for the singular kernal causes a large error. To overcome this difficulty, a highly accurate numerical integration scheme is proposed based on the BEM, and it is applied to magnetic field problems. Calculation results for a spherical permeable material in a problem proposed by the Institute of Electrical Engineers of Japan (the problem of a magnetic field generated by a coil) agreed with the exact solution and the experimental data within 5%     

汽车外表面气动噪声特性分析

以荣威750为研究对象,通过声学风洞实验手段对车辆后视镜表面、侧窗表面及其附近流场,以及外场的气动噪声特性进行测试分析;在对数值计算结果验证分析之后,通过数值计算手段以流场脉动压力标准差为评价指标并结合速度场特征,分析车辆表面的压力脉动特性及其产生的原因,在此基础上对车辆表面的噪声大小和分布以及频率特性进行计算分析。研究表明车辆的气动噪声主要能量集中在中低频,频带较宽,不同部位特性差异较大;表面压力脉动是表面气动噪声产生的根本原因,压力脉动大的地方气动噪声亦大;气动噪声大的位置是发生气流分离,湍流运动比较剧烈的区域。就该款车而言,气动噪声主要出现在汽车头部上方、前后挡风玻璃边沿、车顶、A柱、侧窗、后视镜以及车尾和轮胎部分位置处。