圆柱绕流噪声预报的流场与声场模拟方法对比研究

以三维圆柱为研究对象,使用Lighthill声类比法研究其绕流发声问题。第一步进行流场计算,分别用大涡模拟(LES)、脱体涡模拟(DES)和瞬态雷诺平均法(URANS)模拟声源区流场,通过对比流场压力和涡量等参数,据此选取合适的流场仿真方法;第二步用基于Lighthill方程FW-H积分法和边界元法预报远场直发声,通过和Revell试验结果比较,分析各种计算方法差别。研究表明:进行流场仿真时LES计算结果最好,IDDES法在保证计算精度条件下能有效减少流场网格数量,URANS法误差很大;进行辐射噪声预报时,FW-H积分法和边界元法基本相同。     

非均匀入流中螺旋桨噪声数值预报

将黏性多相流理论的数值方法和球形空泡辐射噪声理论相结合,进行了非均匀入流条件下螺旋桨片空化的周期形态模拟以及螺旋桨空化单极子声源辐射噪声数值预报。采用流场数值模拟方法和声场边界元数值声学方法耦合的方法,在频域上预报非均匀入流下空化和非空化条件下螺旋桨负载噪声;通过数值预报负载噪声得到非空化条件下螺旋桨噪声,将片空化单极子声源辐射噪声和空化的负载噪声在频域上进行相加得到空化条件下的螺旋桨噪声。采用某民船桨模验证了非均匀入流下螺旋桨片空化周期形态以及空化单极子声源辐射噪声预报的准确性,然后分析了民船桨在空化和非空化条件下螺旋桨噪声的叶频和二倍叶频特征。结果表明,上述方法能有效地预报螺旋桨空化和非空化噪声的叶频特征。     

流激格栅孔腔自噪声特性数值计算研究

当水流流经水下航行体表面开孔时会产生随机的压力脉动并辐射噪声,为了研究流激水下航行体表面开孔自噪声特性和近场辐射噪声特性,基于大涡模拟和声学类比相结合的数值计算方法建立了数值预报模型,通过与文献中试验对比辐射噪声的一阶主频和二阶主频,验证了数值计算方法的有效性。基于建立的流激带格栅短开孔浅腔自噪声及辐射噪声预报方法,开展了有无格栅以及两种格栅类型对孔腔内流场特性、格栅处压力脉动声压级、距孔腔中心1 m处辐射噪声和去流段湍流压力脉动波数-频率谱的影响研究。结果分析表明,在该研究工况中无格栅孔腔内自噪声较小,格栅对辐射噪声有明显抑制效果,而倾斜格栅的抑制效果较好。     

船用螺旋桨叶片振动辐射噪声数值分析

螺旋桨噪声是舰船水下噪声的重要组成部分,它会影响舰船的隐身性能。螺旋桨水下噪声可分为流体动力噪声和叶片振动辐射噪声。本文计算研究了螺旋桨叶片振动辐射噪声,首先采用CFD方法对螺旋桨敞水特征进行模拟,提取螺旋桨表面的压力波动作为外部载荷;再利用有限元方法对螺旋桨进行振动响应分析;最后以振动响应作为声辐射边界条件,利用边界元方法计算了螺旋桨的振动辐射噪声。     

用LES和无限元耦合方法预报潜艇流噪声

为了系统地研究潜艇流噪声的特点,采用大涡模拟(LES)与声学无限元方法耦合,对潜艇进行频域噪声数值预报。在潜艇水动力性能及压力分布的计算后,再与试验结果对比分析,验证了水动力计算方案的准确性。在此基础上,结合声学无限元方法,对潜艇流噪声进行数值模拟,并对特征点进行频域分析。经噪声分布云图和远场特征点频谱曲线的详细分析后,可发现随着频率增加,辐射区间均会增多,而相同频率下四极子噪声辐射区间要多于偶极子。相比于面声源,体声源在总声级中的贡献度较小,可以忽略不计。由于计算的特征点总声压级与文献所提供结果吻合,验证了所采用噪声预报方法的准确性。     

叶片出口角影响离心泵噪声辐射数值研究

运用FEM\BEM声振耦合计算方法分析叶片出口角对离心泵在水动力激励下泵壳振动辐射噪声影响。采用大涡模拟方法模拟离心泵内部瞬态流场,获得蜗壳壁面偶极子声源;对泵壳体结构进行模态分析获得结构模态响应;利用LMS Virtual Lab间接边界元IBEM声振耦合模块计算非定常流动引起的离心泵内部噪声,并与实验数据对比,验证基于LES、声振耦合的噪声数值模拟方法可行性。计算离心泵外场噪声及声辐射,研究叶片出口角度对离心泵外场噪声辐射影响。结果表明,离心泵叶片通过频率BPF处的辐射声功率随叶片出口角的增大而增大;外场噪声声压级指向性分布显示叶片出口角存在合适范围,使泵在小流量工况运行时噪声较小。     

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。     

螺旋桨激励水下壳体振动噪声数值研究

为真实模拟壳体噪声的激励源特性,建立螺旋桨-轴系-壳体耦合系统有限元模型,以CFD计算得到的螺旋桨非定常载荷作为激励源,采用模态叠加法计算耦合系统强迫振动响应;分别以桨叶表面偶极子声源和耦合系统表面振速作为边界条件,采用声学直接边界元法计算螺旋桨直接辐射噪声和耦合系统振动噪声。数值计算结果表明:两种噪声的声压级都随螺旋桨转速的增加而增大,其中振动噪声增幅较小;耦合系统振动噪声声压级随轴承刚度的增加而增大;两种噪声的声压级在量级上较为接近,在频谱及声压分布上具有各自的特征,在预报耦合系统水下辐射噪声时应综合考虑两种噪声的影响。     

来流作用下板表面声辐射频率的影响因素分析

采用Ansys Workbench 15.0自带DM模块构建来流作用下的板模型,利用MESH模块划分网格,以及System Coupling模块进行流固耦合计算,验证数值模拟的可靠性,并对影响板表面声辐射频率的因素进行分析。数值模拟与分析结果表明,在来流作用下的板模型中,板表面声辐射主要由平行于来流方向的脉动压力产生,与壁面上垂直于来流方向的脉动压力、板后的大涡、板的固有频率无关;来流作用下板表面声辐射的基频与来流作用下板振动的基频、板后空腔的基频相同,是板后大涡基频的两倍;在大涡外且不在板后空腔的流场区域内,脉动压力无基频存在;在大涡模拟已经趋于统计稳定的情况下,FW-H与LES的非同步计算可以达到和同步计算一样的效果。     

螺旋桨梢涡卷起数值计算

通过解析公式计算得到面源和面偶的诱导速度，在面偶附近区域，用涡环代替面偶，计算得到螺旋桨的速度场，根据尾涡面必须和当地流体流速相切的原则，修正原来尾涡面的形状，逐步迭代直至尾涡形状收敛，用这种方法预报了三维水翼和螺旋桨的尾涡面的形状和梢涡卷起，与试验结果有较好的一致性。     

船舶螺旋桨辐射噪声与尾流场的相关性及特征分析方法

研究螺旋桨几何特征和工况特征变化对螺旋桨尾流场和噪声特征的影响。采用黏性多相流理论对螺旋桨尾流场特征进行数值预报。利用N-S方程、混合多相流模型、湍流模型和空化模型数值求解尾流场压力脉动等物理量。将压力脉动数值解和测量噪声声压信号的功率谱低频线谱特征进行分析,表明两者特征具有一定的相关性。最后分析侧斜角和进速系数对压力信号频谱特征的影响,获得了低频线谱幅值分布特征与螺旋桨侧斜角、进速系数等参数的初步关系。     

涡桨飞机机体外表面噪声源计算与实验验证

针对某型涡桨飞机在巡航状态下机体表面的主要噪声源（附面层噪声和螺旋桨噪声）分别进行了计算及结果验证。利用VA-One软件开展了机身表面不同位置处附面层噪声数值计算,同时利用半经验公式进行了螺旋桨近场噪声的计算研究。综合考虑两种噪声源的计算结果,与该型涡桨飞机的机体外表面噪声实测结果进行了对比研究。结果表明,仿真和理论计算相结合的计算结果与实测结果吻合较好,验证了算法的正确性。该算法可应用于涡桨飞机机身外表面噪声载荷及舱内噪声预计。     

潜艇振动噪声的控制研究

系统介绍了潜艇振动噪声的主要来源：机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声，并从这三个方面详细论述了具体的控制方法。指出螺旋桨噪声、水动力噪声和设备机座机械噪声被有效抑制后，管道系统便成为“安静型”潜艇的主要噪声源。从管道的被动控制和主动控制两个方面论述了管道振动控制的研究现状，并对潜艇振动噪声控制的研究进行了展望。     

Contributions to some cavitation problems in turbomachinery

In the present article, three problems associated with cavitation in turbomachinery are discussed. The first one deals with the potential application of recent understanding in cavitation inception to similar problems in turbomachinery. The second considers the thermodynamic effects in developed cavitation. This has relevance to turbopump operation using fluids other than water. Old correlations to predict the above effect are summarized and a new correlation is proposed. Lastly, the possible methodology to predict pump cavitation noise is outlined. This section relies heavily on similar developments in propeller cavitation noise research. The article has been prepared with financial support from the Department of Education, Ministry of Human Resource Development through a project on “Marine Propeller Analysis”.     

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...     

螺桨飞机舱内噪声地面模拟及其主动控制

本文介绍螺桨飞机舱内噪声的地面模拟方法和主动控制实验。在一架运七试验机上,激振器和扬声器分别被用来模拟由螺桨旋转在舱内引起的结构和气动噪声。一个多通道自适应控制系统被应用于该模拟声场的主动控制实验,并在控制区域取得了满意的降噪效果。     

锯齿形叶梢螺旋桨高负荷水动力和减振降噪特性试验研究

本文用涡动力学理论分析了锯齿形叶梢对螺旋浆的梢涡的影响，在拖曳水池中分别对常规、后倾且倾斜和后缘锯齿形叶梢的螺旋浆模型进行了水动力特征试验。在大型空泡水洞中的模拟伴流场中分别对这三种形状叶梢的螺旋浆模型进行了高负荷水动力时的脉动压力和噪声测试，试验结果表明，用锯齿形叶梢螺旋浆在高负荷时效率可提高2．5％，激振力降低44．2％，噪声下降3－5dB。而这一切是在用后倾侧斜叶梢螺旋浆已经取得了明显增效和减振降噪效果的基础上又增加的效果，试验验证了用涡量汇的理论分割浆叶梢涡的设计思想是正确的和可行的。     

螺旋桨无空泡噪声预报

螺旋桨无空泡噪声包括低频离散谱噪声、低频连续谱噪声以及高频噪声。对于低频离散谱通过面元法计算非定常力,然后再通过力与声级的关系换算出离散谱噪声;关于连续谱噪声的计算,首先求解出螺旋桨随机连续性力,然后换算出连续谱噪声;高频噪声采取模型试验方法,首先确定高频范围,然后相对应进行模型试验,再通过无量纲换算预报高频噪声。建立一套频域范围螺旋桨无空泡噪声的预报方法。     

螺旋桨模型喷气降噪试验与实船效果预报研究

螺旋桨若发生空化,空化就是全船最主要的辐射噪声源。采用喷气降噪技术可以降低螺旋桨的空化噪声。试验证实,在螺旋桨推力损失不大时,采用导边喷气、喷气环喷气、组合喷气三种方式都可以使噪声谱级大幅下降。根据喷气孔出口速度的无量纲值相等可以换算出实船喷气量。实船预报表明,采用喷气后总声级降低5 d B以上。