涡声理论在汽车A柱气动噪声优化中的应用

涡声理论表明气流流动产生的噪声主要取决于声源项涡量与速度叉乘项的散度的强弱。基于涡声方程,通过分析汽车A柱附近流场中速度、涡矢量以及两者间夹角正弦值等物理量与气动噪声之间的关系,找到了影响A柱气动噪声的主要气动参数。研究表明,A柱区域气动噪声声压级与流场中速度和涡矢量的叉乘变化规律一致,进一步分析涡量、速度以及两者夹角正弦值等三个流场气动参量发现,三者中绕A柱轴向的涡量对噪声的贡献量最大。据此,通过在A柱上沿涡量方向加装扰流条可以有效控制A柱区域气动噪声;其中,增加16个扰流条的措施,可使前侧窗表面噪声最大降低4.2 dBA,对测点声压级的频谱分析表明该方法在较宽的频段内均有降噪效果。     

基于大涡模拟的水下射流噪声计算方法分析

在前期对低马赫数下气动噪声计算方法的研究基础上,建立大涡模拟(LES)和Lighthil声类比水动力噪声混合计算方法,并通过参考文献中的水下射流声学实验结果对该方法进行验证。首先,参考试验模型尺寸建立三维模型,分别划分流场计算和声学计算所需结构网格,通过试算确定外流域大小和网格划分方式;接着,采用LES对射流流场进行计算,通过压差、压力脉动、速度不均匀度等指标对湍流流场特性和计算稳定性进行分析;随后,将流场计算结果作为声源项插值到声学网格,基于Lighthill声类比理论,对水下射流噪声进行计算;最后,对比水下射流声学试验数据与流噪声计算结果,验证和分析该混合计算方法计算水下射流噪声的可行性和正确性。结果表明,所建立的LES和Lighthill混合计算方法能较好地模拟水下射流噪声,可用于水动力噪声的研究。     

圆柱绕流近壁面处气动噪声源识别研究

对物体高速行驶下的气动噪声现象的认识和描述一直以来都是气动声学领域探索的基本问题和难点问题,尤其对物体近壁面处声源的产生及其声辐射缺乏有效的描述手段。该研究以圆柱绕流为研究对象,结合数值仿真手段,基于涡声方程的声源项描述圆柱绕流近壁面处的声源特性,建立声源识别方法。研究表明,该方法描述的声源存在不该有声源的位置出现声源的现象。研究进一步基于质点振速的矢量波动方程,将不能辐射噪声的源分离,较为准确地识别出了圆柱绕流气动噪声源的大小和位置。该研究在探索识别圆柱绕流气动噪声源方法的同时,也为准确识别气动噪声源特征提供了有效的方法。     

不同雷诺数下圆柱绕流气动噪声数值模拟

基于大涡模拟和声类比相结合的混合方法对不同雷诺数下二维圆柱绕流的远场气动噪声进行预测.预测值与试验数据吻合良好.根据预测结果分析圆柱绕流气动噪声的声场特性,研究流场振荡规律对远场噪声的影响和圆柱绕流气动噪声的辐射特性,并寻找降低圆柱绕流气动噪声的途径.结果表明:随着雷诺数的增加,远场各测量点的总声压级增大;声场的最大声...     

低速汽车风洞回路声学固有频率计算方法的探讨

风洞管道声学固有频率的确定是研究低速汽车风洞低频颤振现象的关键.对风洞管道声学固有频率的传统简化公式估算和利用简化的声学模型计算结果进行比较,结果表明:传统的简化公式存在较大误差.在考虑声波从喷口到收集口之间的声传播特性的基础上,有必要重新建立风洞管道的声学模型,并且通过管道声传播理论推导该模型的声模态固有频率,最后与低频颤振的实验结果进行对比,结果表明:新建立的风洞管道声学模型,可以较为精确地估算管道声学固有频率,但该模型中存在过多的固有频率不利于对该现象机理进行深入分析,因此通过有限元方法进行进一步的声学固有频率计算,对比结果表明:所建立的简化的声学模型具有一定的准确性,同时结合有限元的结果将有利于分析低频颤振的产生机理.     

气动声学Lighthill方程的Kirchhoff积分解分析

Lighthill的声类比(acoustic analogy)是目前气动声定量预测中应用最为广泛的一种方法。使用非齐次波动方程的Kirchhoff积分公式对Ligthhill方程进行求解。Kirchhoff公式中的延迟时间表示不同位置点声源对场点声压叠加时的相位作用,推导时强调延迟时间函数的导数运算。基于Kirchhoff积分公式对于有物体存在于流场中的情况,详细推导了Curle解,并对Curle公式中的各声源项进行了分析。文章有助于气动声学初学者正确地认识声类比理论,加深对Curle公式的理解。     

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。     

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。     

均匀流直通穿孔管消声器声学特性预测的有限元法

将有限元法应用于预测有均匀流存在时直通穿孔管消声器的声学特性,推导了考虑运流效应的有限元法计算公式,并给出了声学特性的计算方法和数值实施过程。传递损失数值计算结果表明,随着气流马赫数的增加,消声器中高频的消声量有所增加。为精确预测直通穿孔管消声器的声学特性,流速对消声器内声传播的影响应加以考虑。     

有限长圆柱绕流气动噪声源特性分析

气动噪声源的能级、分布特性及其产生根源还不够清晰。以有限长三维圆柱绕流为研究对象,基于声源方程分析气动噪声源的种类构成及其与气动参数的关系,通过数值计算得到可压非定常流场,利用气动参数定量计算圆柱顶部、中部和底部的声源大小分布,研究声源的分布特性和产生根源。结果表明,在有限长圆柱绕流场中,以偶极子声源为主,单极子声源可以忽略不计,四极子源项的值比偶极子小1～2个数量级。偶极子主要分布在来流分离点及圆柱后壁面湍流涡二次碰撞区域,四极子主要分布在来流分离点及其向后拖曳区域。偶极子声源主要由于圆柱两侧涡脱落处的脉动压力在横向(y方向)上的二阶梯度引起。以上结果为气动噪声控制的进一步研究提供了借鉴和参考。     

开口回流式汽车风洞结构的声固有特性分析

将开口回流式风洞整体作为研究对象．建立变截面管道回路的声学分析模型,利用管道中的声传播理论,得到确定风洞流道内声空间声固有特性的方法;进而对同类型的某模型风洞的声固有特性进行计算,并与该模型风洞的测量结果和现有的研究方法得出的结果比较,说明本文的研究方法能较全面准确地确定无流或低风速风洞中的声固有特性,从而也较清楚地解释了引起这类风洞低频颤振现象的声响应特性,是对低频颤振机理的进一步探索。     

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。     

支撑地板对高速列车模型风洞气动噪声试验影响

采用数值模拟的方法从定常和非定常流动及气动噪声的角度,分析了高速列车模型在声学风洞中进行气动噪声试验时其支撑地板对测量的影响及其产生的原因,在此基础上提出了改善地板设计的方法,并对其优劣进行了评估。研究表明：支撑地板的存在使头车来流的方向发生偏转,形成鼻尖位置开始气流的上下流量分配发生变化,影响了头尾车鼻尖位置、转向架位置的流动,使其噪声特性发生变化;加长地板的措施使头车来流方向得以改善,其流动特性和气动噪声特性更接近于无支撑地板的情况,说明该措施可以改善地板对模型气动噪声试验测量的影响。     

汽车车门密封结构的传声实验研究

汽车高速行驶时气流导致的车身内外压差和密封件局部压力变化,会使车门密封传声加剧,目前针对车门密封传声的相关研究较少。通过小型气动-声学风洞实验测试手段,参考汽车实车门结构密封和气动力作用特点,建立门单道密封和门板四周密封结构实验研究环境和试验件,研究其密封结构的传声特性。研究表明：竖向和横向密封对门板中高频传声影响较大,后者中高频范围向低频扩展,对更高频影响不大,进一步分析给出了流体环境下门板结构全频段的传声、声辐射和透射特征;密封条压紧力和密封结构传声有正相关关系,但其受门结构四边支撑、内外压差和变形及密封条受力影响而变化。该研究对门隔声和密封设计具有重要的参考价值。     

标准低矮建筑TTU三维定常风场数值模拟研究

基于专业计算流体动力学软件平台FLUENT6提供的标准k?ε等多种湍流模型对大气边界层中的TTU(Texas Tech University Building Model)标准低矮建筑的定常风场进行了数值模拟,并将计算结果与场地实测数据及同济大学TJ-2风洞试验结果进行了比较。结果表明,多种湍流模型均能为工程应用提供有效参考,且对于此种体形简单的建筑复杂的雷诺应力模型的预测结果并不优于简单的涡粘模型,这为钝体绕流现象的数值模拟研究提供了有利依据。     

空气中风和声速剖面对空气声透射入水影响

在研究空气声源激发的水下声场时,通常假定空气为静止、均匀半空间,而没有考虑空气中实际声传播条件(风和声速剖面)的影响。在基于传播矩阵的快速场模型基础上,可得出计算运动介质中声传播的二维快速场模型FFP2DM,和远场近似条件下的一维快速场模型FFP1DM。用这两个模型,对空气中风和声速剖面对空气声透射入水的影响进行研究。结果表明:空气中风速剖面和声速剖面对空气中声传播有很大影响,但对于透射进入水中的声波影响很小。     

地铁站台活塞风附壁射流起始段的实测和实验验证

为了从机理上探究站台活塞风分布规律,通过理论建模、现场实测和液体缩尺模型实验相结合的方法,提出并验证了站台活塞风起始段符合附壁射流理论模型。其中,对上海某地铁站台层的现场实测较好验证了站台活塞风起始段自由剪切区的理论模型,理论与实测数据的标准差在0.326和0.542之间;液体缩尺模型实验对站台活塞风起始段边界层区、势流核心区和自由剪切区理论模型进行了验证,三区吻合较好,标准差在0.071和0.746之间。上述研究证明了站台活塞风附壁射流理论起始段的正确性。     

一种强声气动声源的理论与实验研究

为实现强声的气动发声,设计了一种基于喷注型和谐振型组合的复合式气动声源,仅对喷注型声源进行了详细研究。利用高压气体对声源的气室充气,形成高压气体腔室,接通牵引电磁铁电路,电磁铁带动连动轴和堵头使高压气体高速喷出,高速气流在谐振管内形成湍流,从而产生强声。仿真结果显示了湍流的产生,并可得到168 d B的强声。利用BK 3560 Pulse多分析系统对自制的气动声源进行测试,结果显示:在距离出气口10 cm处,声压级可达146 d B,这样可推导出在距离出气口1 cm处,声压级可超过164 d B,测量结果与仿真结果较为接近。最后,对非线性声波形成的激波进行了分析。研制的强声气动声源可用作动物实验的声源。     

Vorticity evolution mechanism in near‐field of a transverse jet

Abstract

Flow structure and vorticity evolution processes in the near field of an elevated jet in a crossflow are experimentally studied in a wind tunnel. The instantaneous and time‐averaged flow field characteristics are observed and measured by using a flow visualization technique and a high‐speed Particle Image Velocimeter (PIV). Time histories of the instantaneous velocity of the vortical flows in the shear‐layer are recorded by a hot‐wire anemometer and a high‐speed data acquisition system in order to analyze the frequency characteristics of the traveling coherent structure in the shear‐layer. Experiments are performed between two different jet‐to‐crossflow momentum flux ratios R = 0.08 and 0.56, which are selected from two regimes with different kinds of flow patterns at a fixed crossflow Reynolds number 2051. The behaviors and mechanisms of the vortical flow structure and the vorticity evolution mechanisms appear to be distinct in different flow regimes. By analyzing the pictures of the smoke flow visualization and the instantaneous vorticity contour maps, two kinds of vorticity evolution mechanisms, “shear‐induced vortices” and “swing‐induced vortices”, can be identified in the shear‐layer evolving from the jet exit. The time‐averaged velocity field and vorticity properties are also discussed in this paper.     

新型斜拉桥与摩天轮复合结构流场数值模拟与风洞试验研究

为研究天津慈海桥的压强分布系数,建立了新型斜拉桥与摩天轮复合结构有限元模型,采用了RANS的RNGk-ε模型作为慈海桥进行数值分析的湍流模型,采用非平衡壁面函数模拟壁面附近复杂的流动现象。运用数值风洞法对斜拉桥部分周围流场进行数值模拟,得到斜拉桥周围流场的速度分布和斜拉桥表面的压强系数。通过风洞试验进行测量,介绍了风洞试验的风洞和试验模型,得出了32个测点不同方向的压强系数。把其中具有代表性的测点数值风洞理论值与风洞试验结果进行比较分析,结果对比说明:理论与试验数据一致,所得到的压强分布系数可以用于工程实际。同时证明该文所采用的数值模拟方法来预测斜拉桥表面的平均压强分布情况可以推广应用。