船用柴油机增压器压气机高效工况气动噪声预测

为了研究船用低速柴油机涡轮增压器离心压气机在高效运行工况下的气动噪声特性,采用数值计算方法对多工况下的压气机噪声进行了数值预测。首先通过非定常流动数值模拟对比分析了不同运行转速下脉动压力的时、频特性,进而以非定常脉动压力为声源计算了压气机基频离散单音噪声和宽频噪声。结果表明,非定常脉动压力呈现出强周期性,经FFT变换后在叶片基频及倍频处出现明显的压力幅值峰值;且随着转速的增大,非定常脉动压力增强。以叶轮进口面作为声源可以在获取基频离散单音噪声峰值的同时得到宽频噪声谱;随着转速的增大,压气机气动噪声总声压级增大;压气机噪声自管口向外辐射时存在声学指向性,但指向性随着频率和转速的变化而变化。     

车辆冷却风扇模块气动噪声数值研究

采用计算流体力学(CFD)/计算气动声学(CAA)混合方法对冷却风扇模块气动噪声进行数值研究。考虑风架对空气流动的影响,在定常计算的基础上采用动力Smagorinsky亚格子应力模型的大涡模拟(LES)进行非定常计算捕捉声源信息。基于叶片噪声的Lowson公式,采用声学边界元方法(BEM)对冷却风扇模块气动噪声进行预测。最后,将计算结果和试验结果进行对比。结果表明:冷却风扇模块声场轴向偶极特征明显;接收点处声压级随流量的增加而增加;出风口声压级较进风口大;离散噪声是冷却风扇模块气动噪声的主要成分;宽频噪声分布均匀且相对较小。计算结果和试验结果吻合较好,验证了CFD/CAA混合方法的预测作用,可为声优化提供参考。     

爪极电机气动噪声数值模拟及机理分析

通过试验与仿真相结合的方法研究爪极电机气动噪声问题.运用数值仿真软件Fluent模拟爪极电机的流场分布以及声源信息.经对比发现,边界元法相比较FW-H模型具有更高的精度,能更好地分析气动噪声产生的机理,因此选用边界元法计算声场大小.在转速为10 000r/min的工况下,对其各主要阶次噪声的产生机理进行分析,发现影响爪极电机气动噪声特性的主要包括前、后风扇,爪极以及端盖格栅分布等因素,声压较大的阶次主要包括8、11、18、36、10、9、4、12阶等.根据声源表面压力分布,结合流场瞬态计算得到的压力脉动信息可知,8、11阶主要由前、后风扇共同作用产生,18、36阶主要由爪极产生,9、10阶主要由后风扇产生,而4、12阶主要有端盖格栅影响产生.     

大涡模拟-Lighthill等效声源法的空腔水动噪声预测

为了考察空腔产生的水动噪声,对气动声学理论与研究方法进行了分析,确立了大涡模拟-等效声源混合法.利用大涡模拟计算空腔非定常流动的流场结构,基于有限元/无限元法利用变分形式的Lighthill声类比方程进行声场的求解.利用该混合法考察了雷诺数为1.2×105的空腔算例频域内噪声的辐射特性,基频值的预测结果与文献基本一致,低频纯音的远场辐射具备指向性,沿上游方向辐射能量较高,高频宽带噪音的传播不具指向性.     

高温超音速喷流噪声场分布特性研究

为了研究高温超音速喷流噪声特性,针对高温超音速喷流流场进行三维非稳态数值模拟,根据其湍流结构确定声源面并通过FW-H方程求解远场某点的声压级分布,分析高温超音速喷流噪声场分布规律以及喷管出口马赫数对喷流噪声场的影响.研究表明,该方法得到的计算结果与试验结果基本吻合,高温超音速喷流噪声具有很强的指向性;在特定工况下声压级峰值高达150 dB以上,喷管出口马赫数从2.5增加到3.0,相同观测点的声压级峰值增高10 dB左右.     

混流式核主泵压力脉动特性预测与分析

由于结构和运行工况的原因,混流式核主泵流道中的压力脉动比普通混流泵更为复杂,掌握其流道中的压力脉动特性及在不同运行工况的特征对于满足设计的高可靠性和保证运行的安全性都很有必要。为寻找引起压力脉动的主要因素和探讨运行工况对压力脉动特性的影响,在对带球形压水室的核主泵进行全流道三维非定常流场数值模拟的基础上,对5个典型工况下叶轮和空间导叶流道中不同部位的压力脉动时域与频域特性进行深入分析。结果表明:叶轮与空间导叶的动静干涉是引起压力脉动的主要因素,压力脉动主频为叶频,其幅值取决于运行工况的流量,在设计工况运行其压力脉动的幅值最低;对于采用球形压水室的流道,压力脉动幅值沿叶轮进口向出口逐步增大并在叶轮出口达到最大值,然后沿空间导叶的进口向出口逐步减小;在小流量工况时,流道中的不稳定流动会产生更为复杂的压力脉动;在同一圆周上,叶轮进口区域的压力脉动特性并不一致,叶片背面脉动幅值大于叶片正面,而在不同工况下叶轮出口区域叶片正、背面的压力脉动特性差别不大;随着运行流量的减少,因球形压水室的几何形状影响会产生涡流和回流,导致叶轮内的中高频脉动幅值增大,若流量过小,整个流道中的脉动幅值都将明显加大;球形压水室对设计工况及大流量工况的压力脉动影响很小,但对小流量工况下的压力脉动影响较大,而且导致频率特性更为复杂。     

旋翼桨尖气动/降噪综合优化设计研究

采用Kriging模型和遗传算法开展了针对桨尖形状的气动/声学综合优化设计研究。为了获得精确的气动及声压特性,得到基于声类比混合方法计算气动噪声需要的声源数据,采用非定常雷诺平均NS方程(URANS)数值模拟旋翼前飞粘性绕流。为了提高遗传算法的优化效率,采用一种基于EI方法的Kriging模型代替费时的数值模拟过程。以AH-1G/OLS旋翼为基准,并以气动性能为约束,噪声峰值最小为目标,进行了旋翼桨尖的降噪优化设计。优化结果表明,文中多发展的优化方法是可行的。     

混流式核主泵压力脉动特性预测与分析（英文）

由于结构和运行工况的原因,混流式核主泵流道中的压力脉动比普通混流泵更为复杂,掌握其流道中的压力脉动特性及在不同运行工况的特征对于满足设计的高可靠性和保证运行的安全性都很有必要。为寻找引起压力脉动的主要因素和探讨运行工况对压力脉动特性的影响,在对带球形压水室的核主泵进行全流道三维非定常流场数值模拟的基础上,对5个典型工况下叶轮和空间导叶流道中不同部位的压力脉动时域与频域特性进行深入分析。结果表明:叶轮与空间导叶的动静干涉是引起压力脉动的主要因素,压力脉动主频为叶频,其幅值取决于运行工况的流量,在设计工况运行其压力脉动的幅值最低;对于采用球形压水室的流道,压力脉动幅值沿叶轮进口向出口逐步增大并在叶轮出口达到最大值,然后沿空间导叶的进口向出口逐步减小;在小流量工况时,流道中的不稳定流动会产生更为复杂的压力脉动;在同一圆周上,叶轮进口区域的压力脉动特性并不一致,叶片背面脉动幅值大于叶片正面,而在不同工况下叶轮出口区域叶片正、背面的压力脉动特性差别不大;随着运行流量的减少,因球形压水室的几何形状影响会产生涡流和回流,导致叶轮内的中高频脉动幅值增大,若流量过小,整个流道中的脉动幅值都将明显加大;球形压水室对设计工况及大流量工况的压力脉动影响很小,但对小流量工况下的压力脉动影响较大,而且导致频率特性更为复杂。     

叶片圆形切割对离心泵流动诱导噪声的影响

为研究叶片出口圆形切割对离心泵压力脉动及内场噪声的影响,通过固定圆形弦长以变换弦高的方法设计6种叶片切割方案,采用RNG k-ε 湍流模型对各方案外特性和压力脉动进行流场数值计算,并基于Lighthill声类比理论和边界元法（BEM）对内声场进行数值计算,对原始模型额定工况的外特性和内声场也进行了试验验证。结果表明:叶轮叶片切割后的设计方案与原始方案相比,在轴频、叶频及倍叶频处压力脉动得到了明显地改善;当弦高与叶片出口宽度的比值为0.333时,设计工况的压力脉动幅值达到最低; 当弦高与叶片出口宽度的比值为0.167时,进口声压级降低了3.5 dB,出口声压级降低了3.4 dB; 随着圆形切割面积的不断增大,在设计工况各方案声压级呈现出先减小后增大再减小的规律;随着叶片出口圆形切割面积的增大,在0.6 Q_v~1.4 Q_v工况范围内扬程下降与其呈正相关特性,但对离心泵效率的影响较小。     

轻型客车侧窗区域气动噪声的数值模拟与验证

应用商用计算流体软件Star-CD,计算了某轻型客车外部非定常流场及其侧窗区域的气动噪声。通过稳态雷诺平均那维尔斯托克斯方法获得气流分离区的分布并预测气动噪声声源位置。采用分离涡模拟方法与计算气动声学方法获得非定常流场特性与侧窗区域监控点的气动噪声声压级。采用激光粒子测速试验结果验证了数值模拟方法的正确性。从非定常气流分离现象和涡流结构特征角度解释了气动噪声产生的主要原因,研究结果有助于在汽车开发早期阶段降低气动噪声。     

不同分流叶片起始直径对离心泵压力脉动的影响

为分析低比转速复合叶轮分流叶片起始直径对蜗壳流道内压力脉动的影响,采用雷诺时均方法,通过标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,对具有不同起始直径的两台离心泵进行三维非定常的数值计算.通过对蜗壳不同监测点处的压力进行时域和频域分析,得到蜗壳壁面沿周向及断面上沿径向压力脉动特性.计算结果表明:分流叶片起始直径大的离心泵蜗壳内压力脉动较大;两台离心泵内蜗壳内各监测点的压力脉动幅值波动具有明显的周期性且波动趋势基本一致;在周向监测点处,随着圆周角(逆时针方向)逐渐增大,蜗壳动静干涉效应的影响逐渐减弱,监测点处压力脉动逐渐减小;在相同断面处,位于蜗壳进口与壁面的监测点呈现较大的压力波动;两台离心泵的各监测点压力脉动的一阶主频均为叶片通过频率.     

不同分流叶片起始直径对离心泵压力脉动的影响

为分析低比转速复合叶轮分流叶片起始直径对蜗壳流道内压力脉动的影响,采用雷诺时均方法,通过标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,对具有不同起始直径的两台离心泵进行三维非定常的数值计算。通过对蜗壳不同监测点处的压力进行时域和频域分析,得到蜗壳壁面沿周向及断面上沿径向压力脉动特性。计算结果表明:分流叶片起始直径大的离心泵蜗壳内压力脉动较大;两台离心泵内蜗壳内各监测点的压力脉动幅值波动具有明显的周期性且波动趋势基本一致;在周向监测点处,随着圆周角(逆时针方向)逐渐增大,蜗壳动静干涉效应的影响逐渐减弱,监测点处压力脉动逐渐减小;在相同断面处,位于蜗壳进口与壁面的监测点呈现较大的压力波动;两台离心泵的各监测点压力脉动的一阶主频均为叶片通过频率。     

高压燃油离心泵压力脉动及非定常流动分析

为了掌握全工作包线内高压燃油离心泵的非定常流动特性,对高压航空燃油离心泵进行了数值模拟并分析其内部的压力脉动及非定常流动变化。将仿真预测结果与泵的性能试验结果进行对比,验证了所采用的仿真方法的有效性;对泵内关键位置的压力进行监测,并利用快速傅里叶变化完成压力脉动的时频特性分析;重点以相对速度、湍动能等为指标,分析泵内非定常流动结构的变化。结果表明：设计流量工况下叶轮流道内压力脉动主频为转频f_n,蜗壳流道内压力脉动主频为叶频f_b,不同的监测点均呈现出相似的脉动变化规律。设计流量工况下泵内整体流动相对平稳,但小流量工况下叶轮流道内出现了一定的漩涡流动,主要存在于靠近隔舌区域的叶轮流道出口位置。此外,叶轮出口及隔舌区域的湍动能分布范围较大且变化强烈,此处存在一定的水力损失。     

叶顶间隙对小型轴流风扇气动性能的影响

影响小型轴流风扇气动性能的因素很多,叶顶间隙是一个非常关键的因素。利用CFD软件中RNGk-ε湍流模型和SIMPLE算法进行定常计算得出静特性,再利用大涡模拟(LES)和FW-H声学模型进行了非定常计算,得出叶顶间隙对风扇噪声的影响,并分析涡脱落现象。结果显示:四种叶顶间隙的静特性变化趋势虽然相似,但叶顶间隙为1.0mm的风扇模型静态特性较好;在z=0面上,叶顶间隙为0.75mm和1.0mm的风扇模型涡脱落现象比较明显;在叶顶间隙处,沿径向,小叶顶间隙涡脱落比大叶顶间隙早;离散噪声的峰值出现在基频和谐波频率处,并且在高频处声压衰减比较快。     

高强度、低尺度紊流进气条件下低速轴流风机的噪声研究

详细描述紊流进气条件下低速轴流风机的气动噪声的试验和理论研究气动试验包括测量了三种不同紊流进气条件下风机进口的紊流强度、紊流尺度、风机叶片的尾迹宽度以及平均速度、压力等参数声学试验包括测量了风机排气端的总声级和１／３倍频程频谱理论上首次把尾涡脱落和进气紊流结合起来完整地研究了风机的宽频噪声，给出了轴流风机宽频源的声压谱密度函数的表达式，在计算叶片脉动力时，首次采用可分离的波数函数模型，使得计算过程大为简化理论和试验都表明，尾涡脱落和进气紊流同是风机的主要声源，相对而言，紊流进气对噪声的影响要大于尾涡脱落，其中紊流强度是影响风机噪声的最主要参数     

基于大涡模拟的方柱绕流噪声特性研究

采用大涡模拟结合Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程声类比的方法,研究了方柱绕流噪声特性,将基准模型数值计算结果与前人试验结果进行对比,并分析方柱绕流噪声辐射特性以及流速和流向对声场的影响规律。研究表明:基准模型数值计算结果与试验值较为一致,说明了文中计算方法的适用性;在约110°和250°的圆周方向上的存在偶极子噪声模态,且随着距离的增大,噪声辐射声压级逐渐减小,噪声指向性变得逐渐不明显;随着流速的增大,涡脱落频率逐渐增大,且涡脱落频率处的声压级也随之增大,辐射噪声声压级在频域上呈增大趋势;流向的改变使得方柱绕流辐射噪声的声场指向性变得复杂。     

泵叶轮出口宽度对蜗壳内压力脉动强度的影响

为了研究低比转数离心泵叶轮出口宽度对蜗壳内压力脉动强度的影响,将叶轮出口宽度分别设计为5、6和7 mm,并保持蜗壳和叶轮其他几何参数不变。应用ANSYS CFX 14.5进行数值计算,对比了定常数值计算与外特性、粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)试验结果,验证了数值计算的可信度,3个方案的扬程、效率均满足设计要求。在非定常数值计算中,引入压力脉动强度表征3个旋转周期内压力脉动的累积效应。结果表明:对于同一叶轮出口宽度,小流量下蜗壳内压力脉动强度最大,大流量次之,而在设计工况下,压力脉动强度及其梯度均是最小的;由于叶轮和蜗壳的时序干涉作用,隔舌处出现压力脉动强度的大梯度变化;蜗壳进口宽度与叶轮出口宽度之比为3时,该低比转数离心泵的性能满足设计要求,且压力脉动强度较低,综合性能较优。     

基于Lilley宽带声源模型的锅炉承压管泄漏数值模拟研究

以锅炉管道泄漏喷流流场分布计算结果为基础,采用Lilley宽频声源模型,计算泄漏喷流噪声的声功率级分布。对不同泄漏孔径以及不同工况下的蒸汽泄漏进行数值模拟,结果表明泄漏孔的直径越大,喷流速度和声功率级越大。而蒸汽的温度不变,压力越大,喷流速度和声功率级越小。模拟结果为锅炉承压管泄漏声学监测与诊断提供了重要依据。     

某SUV型汽车后视镜气动噪声数值仿真

为有效降低汽车气动噪声,依据声类比思想将气动噪声计算分成流场和声场计算,采用全域与子域分步计算流场和ACTRAN计算声场相结合的方法对某SUV型汽车后视镜的3种方案的气动噪声进行数值仿真,得到车外流场与车内外的声场及声压级频谱曲线,分析流场云图和声压级频谱曲线的变化规律.结果表明:方案III的后视镜因边缘凸起改善了侧窗外流场湍流脉动压力、漩涡和声源位置分布,减少了后视镜通过侧窗传播到车内的噪声.数值仿真结果与实验测试结果吻合较好,验证了方法的正确性.该方法可优化车内声场的分布,提高司乘人员舒适性.     

液力透平进口截面对蜗壳内压力脉动的影响

为研究液力透平不同进口截面对蜗壳内压力脉动的影响,选取一单级液力透平为研究对象,利用流场分析软件CFD对该液力透平内流场进行三维非定常数值计算,在蜗壳内沿周向和径向设置监测点,计算各监测点在不同进口截面和最优工况下沿周向和径向的压力脉动,以及各监测点在不同流量和不同进口截面下沿径向的压力脉动,利用快速傅里叶变换对各监测点的压力脉动计算结果进行变换,分析各监测点处压力脉动的时域和频域分布。结果表明:蜗壳进口直径越大,隔舌处的压力脉动幅值越大;蜗壳进口直径越小,叶轮动静相干作用越强,蜗壳内压力脉动幅值越大;流量越大,不同蜗壳进口截面下蜗壳内压力脉动主频幅值之间相差越小;当离心泵用作液力透平时为了使液力透平能够较稳定运行,需适当减小液力透平进口截面面积。