气流分级机流场的数值模拟与优化

运用计算流体力学数值模拟的方法,研究气流分级机的内部气流流场情况,并对于分级机的工作参数进行优化。通过采用滑移网格技术模拟分级轮在气流分级机内的旋转,用结构网格与非结构网格结合的方法对气流分级机进行网格划分,主要研究了分级轮不同叶片数(4、6、12片),不同转速(500、1000、2000、3000r/min)下分级机内部流场情况并给出了相关解释。通过对不同参数的比较给出了优化的参数。模拟结果表明,分级轮转速越高、叶片数越多,分级效果越好。     

消声器膨胀腔气流再生噪声产生机理及抑制研究

结合大涡模拟和声比拟方法,对膨胀腔消声单元内部的流场及气流再生噪声进行了分析。建立流场数值仿真模型,采用大涡模拟方法对膨胀腔内部非稳态流动进行计算。建立声场仿真模型,通过提取流场信息计算气流再生噪声的声源分布。结合声比拟方法,将气流噪声源导入声场网格中计算远场响应点的气流噪声声压值,仿真结果与实验结果在声压级及共振频率上都吻合良好。根据腔内气流再生噪声产生的机理,选用穿孔管对气流再生噪声进行抑制。搭建气流再生噪声实验台,并加工实验样件,对不同气流速度下的穿孔管膨胀腔的噪声抑制效果进行分析验证。研究结果表明:穿孔管膨胀腔通过阻断强剪切层的形成可以有效抑制腔内低频气流再生噪声,并且随着气流速度的增加,抑制效果向中高频范围扩展;穿孔管膨胀腔对气流再生噪声声压级的抑制效果随着气流速度的增加而增强。     

Galton型高强气流声源的发声特性

文章介绍了一款带中心杆的Galton型气流声源,通过试验和数值模拟方法,研究了该声源发声特性、进气压力对声场分布的影响以及流体介质对发声特性的影响.研究发现,该声源稳定发声时,共鸣腔内压力场与流场均呈周期性变化;不同进气压力下,声场空间分布基本一致,具有较强的声指向性.共鸣腔后侧轴线处,声压级达到最大值,为153 dB...     

三叶转子气冷式罗茨真空泵的流场数值分析

本文利用数值模拟软件FLUENT建立三叶转子气冷式罗茨真空泵的二维计算模型,采用动网格技术对气冷式罗茨真空泵内部流动进行动态模拟。分析了转子在转动情况下泵内部流场的变化、内部流场的压强分布以及进排气腔的速度分布,得出泵内部流场的流动规律,为气冷式罗茨真空泵的设计和分析提供理论依据,同时可以用于气冷式罗茨真空泵的性能预测及优化设计。     

箱梁颤振的数值模拟及气动能量分析

通过风洞试验测试了箱梁的颤振性能,根据流固弱耦合的计算策略并结合动网格技术模拟了箱梁的颤振过程。针对固体模型在流场中的运动受网格尺寸限制且易造成网格变形过大导致计算失败的问题提出了动网格弹簧系数分层设置的解决办法。给出了气流输入到振动模型的气动能量计算公式和模型表面区域气动能量比的定义,并从能量平衡的观点给出了颤振稳定判据。通过对振动模型气动能量特性的研究发现箱梁迎风侧风嘴是气动能量的主要输入部位,并且在一个完整的振动周期内气流输入到振动系统的能量不断增加,从而造成箱梁振动稳定性的丧失。将数值模拟获得的振动断面周围的流场采用了相位平均的方法进行了处理,分析了箱梁颤振状态下尾部旋涡的演化规律。应用本征正交分解技术(POD)分析了箱梁表面压力的空间分布特征。研究结果表明箱梁颤振过程中表面压力的主要组成部分向模型迎风侧的风嘴漂移。     

某洁净车间流场的数值模拟与分析

对某电子厂洁净车间流场进行了数值模拟和测试。采用标准k-ε两方程的湍流模型和SIMPLE算法,模拟了洁净车间内的温度分布;将计算结果与测试值进行了对比,验证了模型。对洁净车间气流分布细节和温度分布进行了预测,为洁净室空调系统气流组织的优化设计提供参考。     

基于致动线/BPM模型结合的风力机气动噪声研究

结合致动线模型和BPM半经验模型为声学扰动方程提供声源,计算NREL5MWRef风力机的声场传播。为提高效率采用声场与流场混合求解方法,对声场基于带有声源项的声学扰动方程进行微分计算,模拟点声源扩散并与声学理论对比,验证模型及方法的正确性。基于致动线模型进行风力机流场及声场的模拟计算,该模型建模与网格划分简单,并通过在声学扰动方程中添加基于BPM半经验模型的翼型自噪声源,来弥补致动线模型缺失翼型自噪声声源的不足。结果表明,结合致动线模型和BPM半经验模型,基于声学扰动方程计算风力机声场的方法正确、高效。     

弹性薄壁壳体高速风洞耦合振动实验及数值模拟

针对弹性薄壁壳体在高速气流作用下的耦合振动特性进行了研究。采用迭代耦合法对风洞实验中薄壁模型的耦合振动响应进行了数值计算,计算中采用浸入边界法处理流场域网格与结构域网格的运动关系,给出了模型仪器舱段测点上的应变功率谱密度分布以及振动能量在仪器舱段及其相邻位置上的分布情况。研究表明:在与高速气流的相互作用下,模型的振动能量主要集中在高频内某一频率点附近,模型的振动并非一般的低阶模态响应;虽然模型的仪器舱段具有一定的迎风角度,但该段的振动并非最为强烈。通过风洞实验对数值模拟结果进行了验证,结果表明:通过该数值计算程序可以对高速气流作用下的结构动态特性进行定性分析,但还需要通过进一步的风洞实验数据对数值模拟结果进行修正。     

基于黏聚单元法的冰-柱碰撞流固耦合计算方法研究

在采用黏聚单元法模拟海洋结构物与海冰的相互作用过程中，大多未考虑水的作用，与实际应用场景不符。基于LS-DYNA有限元软件，构建两种不同厚度的黏聚单元冰模型，采用S-ALE流固耦合方法，对圆柱体直立结构与层冰碰撞进行了数值模拟，研究了碰撞过程中层冰的破坏模式及柱体所受冰载荷，数值模拟结果与实际观测现象相吻合。随后分析了流场网格大小对耦合效果及冰载荷的影响。结果表明：柱体所受冰载荷与流场网格呈正相关，当流场网格为冰体单元的2倍时，计算时间及耦合效果最佳。     

对撞超声速射流场的数值模拟研究

为了探讨对撞式气流粉碎机内部的对撞超声速射流流场结构对粉碎过程的影响,本文中通过数值模拟的方法,对该流场结构进行了研究。通过建立不同的模型,对射流出口与对称平面的距离对粉碎过程的影响,以及射流外围的流动情况进行了分析,为高效气流粉碎机的设计提供了参考依据。     

圆柱绕流气动噪声数值分析

为了快速预测刚性圆柱绕流的气动噪声,研究了一种将离散涡方法(DVM)和涡声理论结合起来计算低马赫数、高雷诺数流场气动噪声的方法。首先用Oseen粘性涡模型改进了离散涡方法并模拟了圆柱绕流,分析结果与实际情况相符。根据流场计算的结果,应用涡声理论进一步计算了远场的声压。测点的总声压级与实验值及其他数值计算结果都比较吻合。最后绘制了声场的指向性特性曲线,表明圆柱绕流声场明显的偶极子特性。     

基于近场声全息的重建算法分析与研究

针对声全息算法种类繁多及应用场合不同需求,通过有限元仿真和数值仿真相结合,对基于傅里叶变换、统计最优和等效源3种算法进行分析,寻找声源频率、重建距离、采样间距及正则化方法对重建精度的影响,并对其计算效率进行对比。在开阔水域进行实验验证。结果表明:随着声源频率增大,重建距离增加,采样点数减少,声全息算法的重建精度逐渐降低。在低频区域,结合L-曲线正则化法的统计最优近场声全息具有最佳的声场重建效果;基于等效源法的声全息重建精度最高,但容易产生虚像;基于傅里叶变换的声全息算法受重建距离影响严重,但重建速度优异,且声源定位准确。     

声流对单管道周围换热特性的影响

通过仿真与实验的方式,研究声波影响管道外部的流动和换热特性。在仿真中,对输入声压级相同时,不同频率的声流速度进行研究,结果表明频率对管壁处平均声压级的影响较小,但对管壁周围切向速度的影响较大。基于声波对流场分布的影响,在实验中研究不同声压级和频率对单根钢管换热的影响,结果表明声压级不变,频率越低,钢管换热效果越好;频率不变,声压级越大,钢管换热效果越好。仿真与实验结果表明：管道周围的换热效果与声流速度的大小成正比,而声流大小与频率和激励速度直接相关,激励速度越大,频率越低,钢管附近声流运动越剧烈,采用低频高声压级的声波能够加速钢管的换热过程,该研究为声波影响管道换热特性提供了理论依据。     

浸没排气过程声信号与流场振荡规律研究

采用流体体积(Volume of Fluid,VOF)模型和威廉姆斯-霍金斯(Ffowcs Williams and Hawkings,FW-H)模型对浸没排气过程声信号进行数值模拟,研究竖直向下浸没排气过程声信号产生机制及理论依据。将模拟结果与实验结果进行对比,验证模型的适用性和准确性。研究结果表明,声信号与流场流动状态相关,气泡间分离和气体再注入过程引起的气泡体积剧烈振动是影响气泡流声信号产生的关键因素。在同一深度处,在径向上声压随位置的变化服从指数衰减,在周向上声信号呈现球源信号传播特点。     

深腔流激振荡特性研究及能量采集初步分析

针对深腔流激振荡现象的内部声场特性及其流体动能利用方法进行了研究,通过对谐振空腔内部的流场和声场进行数值模拟,探究腔体结构尺寸和流速对内部声振荡响应特性的影响,选用合适的空腔结构安装压电换能器初步实现声电能量转换过程,并进行实验验证。结果表明,当谐振腔开口尺寸H_(R)=30 mm,长度L_(R)=230 mm时,可在相当于高压输气管道的流速范围内获得属于第一水力模态和第一声学模态的稳定声振荡;当气体流速为32.26 m·s^(-1)时,声场压力振幅可达4.62 kPa;选用压电陶瓷厚度hp=1.0 mm的压电片进行实验测试,可得开路电压为1.99 V;实验结果与模型预测结果趋势一致。该方法丰富了环境流体动能的利用方式,且有望在低功耗、远距离、低维护等特殊场合的微型无线电子设备中实现无源供电。     

输气管道气体流经阀门气动噪声产生机理分析

为区分输气管道泄漏音波与阀门噪声,为输气管道音波法泄漏检测提供理论依据及数据库、控制阀门噪声提供解决办法,从音波产生机理角度采用CFD软件耦合专业声学软件方法对输气管道气体流经阀门产生的气动噪声进行研究,建立气动噪声模型,探究气动噪声产生机理及传播、衰减规律。在CFD（Computational Fluid Dynamics）软件中采用大涡湍流模型对气体流经阀门时的瞬态流场求解分析,获得流场分布如脉动压力、脉动速度数据;将CFD计算所得数据导入专业声学软件进行联合仿真,生成气动噪声源项,包括偶极子声源及四极子声源,建立气动噪声产生传播模型,求解输气管道气体流经阀门的气动噪声。     

旋转方向对车用交流发电机气动噪声影响分析

针对交流发电机气动噪声声源组成的复杂性和不同旋转方向对交流发电机气动噪声影响问题,基于Lighthill声学理论,采用LES(Large Eddy Simulation,大涡模拟)和FW-H(Ffowcs Williams-Hawking方程)声学模型对交流发电机气动噪声进行数值模拟。研究结果表明:LES在交流发电机噪声数值预测方面其主要阶次及幅值与试验对比有很好的一致性;前后扇叶为该型交流发电机的主要气动噪声声源;第6、8、10、12和18等阶次为交流发电机气动噪声主要影响阶次,且主要能量集中在1 120 Hz~5 600 Hz频率范围内;反方向运行工况的交流发电机总声压级较正方向运行时大9.17 d B,质量流量较正方向运行的小62.87 g/s。研究成果可为车用交流发电机气动噪声性能的提高提供切实可行的参考。     

基于大涡模拟和Lighthill声类比的孔腔流动发声特性研究

孔腔流动发声是气动声学研究领域重要的课题,基于大涡模拟和Lighthill声类比方法,探讨了气体在孔腔流动的流激噪声的发声特性。模拟结果表明,孔腔边界层出口剪切涡、边棱处涡街和腔体内反馈涡的运动诱导了孔腔发声,具有明显的偶极子特性,在高频段腔体内激发了声学驻波模态。通过模拟与实验对比分析了不同流量下噪声量级以及频谱分布规律,研究结果表明:24 kHz以下的声频谱会表现出波峰小范围迁移;24 kHz以上频率对应的声压级随流量增大而增大;腔体长度和特征频率近似满足Strouher公式,即声频特征频率随腔体长度的增大而减小。上述研究结果为下一步设计在线监测安全阀泄漏的报警超声波发声器提供了理论依据。     

基底厚度小于热渗透深度的石墨烯薄膜热声理论

基于热声效应，对基底厚度小于热渗透深度的石墨烯薄膜发声器进行理论和仿真研究。首先，利用石墨烯薄膜发声器的热功率平衡方程与气体中的热弹性耦合线性方程组推导出了石墨烯薄膜发声器的近/远场声压表达式。将理论计算结果与实验测试值进行对比，二者吻合良好，验证了理论模型的正确性。然后，利用仿真软件对石墨烯薄膜的近远场声压值进行了仿真计算，并将仿真值与理论值进行对比，二者有良好的一致性，验证了仿真计算方法的有效性。研究表明，石墨烯薄膜发声器的远声场为球面波，近声场近似为平面波。在远场低频段，声压级随输出声频率的增加而缓慢增大；在近场高频段，声压级几乎不受输出声频率的影响。研究结果为基底厚度小于热渗透深度情形下的热致发声器提供了理论计算和分析方法，对石墨烯薄膜声源器件的实验研究具有指导意义。