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。     

小型高速离心风机气动噪声数值模拟方法研究

针对载人航天飞行任务中环控生保系统对于空间噪声控制的要求,以某型号小型高速离心风机为研究对象,分析气动噪声产生机理,构建三维模型,运用ANSYS Fluent 软件,采用RNGκ-ε 模型、DES模型、LES模型进行瞬态数值仿真计算。对离心风机进行噪声试验研究,根据离心风机在轨实际工况,得到不同含氧率下的气动噪声分布情况。研究结果表明：气动噪声的噪声源主要位于风机蜗壳及蜗舌处。LES模型与试验结果吻合最好。工作在纯氧下的离心风机比空气下噪声高约1.81 %。文中所得结果可以用于载人航天上行风机设备的噪声仿真及地面试验,为小型高速离心风机降噪设计提供参考依据。     

多翼离心风机气动噪声计算与降噪设计研究

以船用空调通风系统中多翼离心式风机为对象,建立风机内部流体三维建模,采用CFD软件进行稳态与非稳态计算.将得到的风机内部流场结果导入LMS Virtual.Lab声学软件中进行噪声预估,同时与实验结果对比,验证风机气动噪声计算的准确性.根据分析得知,风机气动噪声主要噪声源位于叶轮处并且与其内部流场分布和自身结构密切相关...     

多翼离心风机气动噪声的降噪

针对多翼离心风机气动噪声的主要噪声源提出降噪方案。首先,对于多翼离心风机涡流噪声的降噪,主要通过优化叶轮、蜗壳的结构几何参数和在叶轮出口加装旋转扩压器等方式进行。其次,对于多翼离心风机旋转噪声的降噪,主要通过改变蜗舌形式进行。最后对优化进出口安装角的叶轮和在叶轮出口加装旋转扩压器这两种降噪措施进行试验验证。结果表明,改进后的风机与原型相比达到显著的降噪效果。     

某SUV轮罩区域气动噪声试验研究

汽车高速行驶的过程中,速度超过100 km·h^-1时,气动噪声对车内噪声环境的贡献起主导作用,突显出气动声源的研究与控制的重要性。采用试验与数值计算相结合的方法研究了轮罩区域的气动噪声与车内噪声环境的相关性,推导出了轮罩区域气动噪声的频率公式的修正系数与风速的关系,得到轮罩区域气动噪声对前排乘客舒适性影响较小,对后排乘客位的舒适性影响较大的结论。初步获得了轮罩区域气动噪声的控制技术,该技术一定程度上抑制了轮罩区域的气动噪声,改善了车内的噪声环境,提高了车内的声品质。     

不等距叶片离心风机气动噪声的数值与实验研究

为探索不等距布置叶轮叶片对工业离心风机气动噪声的影响，以T9-19No．4A前向离心风机为对象，设计两个不同叶片间距的不等距叶片叶轮。运用数值定性预测及实验测量相结合的方法分析不等距叶片离心风机的气动噪声，实验结果与数值模拟结果在定性上吻合良好。     

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。     

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。     

非紧致边界气动噪声数值预测方法

通过寻找满足非紧致边界的精确格林函数,发展了一种基于声模拟理论的非紧致边界气动噪声数值预测方法。该方法首先采用边界积分方法计算满足相应边界条件的精确格林函数,然后采用精确格林函数求解FW-H方程,进行远场气动噪声预测。考虑了非紧致边界对声波传播的散射作用,适用于尺寸较大且几何外形复杂的边界与非定常流动相互作用诱发的气动噪声的数值预测。以雷诺数90 000、马赫数0.2的圆柱绕流诱发的气动噪声为例,数值预测了非紧致边界条件下的气动噪声,并与采用自由空间格林函数求解FW-H的计算结果进行了对比,对该方法进行了验证。     

超高输电铁塔的气动噪声特性研究

超高输电铁塔在保障居民日常生活和工业生产中起到了重要作用,由于极高的高度,其在风荷载作用下产生的气动噪声问题不容忽视。本文针对超高输电铁塔气动噪声扰民的问题,建立了其计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)计算模型,采用标准k-ε湍流方程进行稳态初场的计算,并在此基础上采用大涡模拟方法与声类比方法进行瞬态流场计算及气动噪声计算,分析流场的流动特性及气动噪声特性。结果表明,4根主纵梁以及电梯井的左右两侧具有强烈的压力脉动,是主要的气动噪声源,其最大值出现在电梯井顶端区域;各虚拟测点的总声压级沿高度先增加后减小,总声压级沿高度的变化由风速与输电铁塔自身结构尺度参数共同控制;通过声成像测量方法确定了声源的在塔身中部以上、横担以下的位置,验证了仿真结果的正确性;声压级与风速的峰值出现的时刻基本吻合,输电铁塔风致噪声与风速存在着强相关性。本文的研究结论对于超高输电塔气动噪声特性的研究和输电塔的降噪设计具有指导意义。     

车用交流发电机气动噪声数值分析

以某型车用交流发电机（也称爪极发电机）为研究对象,采用计算流体力学技术对交流发电机的空气动力学特征进行了三维非定常数值模拟,应用滑移网格技术和大涡模拟方法对交流发电机进行气动噪声特性研究。得到大涡模拟在交流发电机噪声数值预测方面其主要阶次和对应的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气动噪声声源;第6、8、10、12和18等阶次为该型交流发电机的主要气动噪声成分。在数值模拟基础上,以低噪声、高流量为优化目标,对交流发电机前端盖径向栅格分布角度进行气动噪声优化设计及降噪研究。得到前端盖径向栅格倾斜40°分布角度时交流发电机远场气动噪声最低、质量流量最大。文中所得研究成果可为车用交流发电机的气动性能和高转速下噪声的改进提供一种切实可行的参考依据。     

轴流风机旋转叶片的气动噪声分析

针对某型轴流风机引起的气动噪声问题,建立该型轴流风机的三维模型,利用Lighthill声类比理论、FW-H声波波动方程和Fluent数值模拟,分析该轴流风机旋转叶片引起的气动噪声的噪声特性。数值模拟结果表明,旋转叶片上的静态压力主要集中在旋转方向前方的叶面上;而脉动压力则在叶片的两个面上均有分布,分布区域主要集中在叶片的外缘,这是由于叶片外缘脱落的旋涡引起的剧烈的气流震荡所导致。叶片上的气动噪声功率主要分布在叶片的外缘,其分布规律与脉动压力的分布规律有差异,表明旋转叶片的气动噪声并不完全由脉动压力产生。旋转叶片所诱发的气动噪声随着叶片转速和风机直径的增大而增大。     

车用交流发电机气动噪声试验研究

针对某型汽车交流发电机在高速段（6 000 r/min以上）噪声源以及各主要阶次对总噪声的贡献量问题,对交流发电机进行噪声测试分析。通过阶次分析得出气动噪声的频率特性,采用交流发电机有无前、后扇叶分别单独运转等试验方法确定各阶次噪声的具体来源以及前后扇叶对主要单阶次贡献量的大小。得到前后扇叶为该型交流发电机的气动噪声声源,第6、8、10、12、18等阶次为该型交流发电机的主要气动噪声成分;前扇叶对12、18阶次噪声贡献明显比后扇叶大,后扇叶对6、8、10阶次噪声的贡献较前扇叶大。该方法对汽车交流发电机的气动性能和高转速下噪声的改进提供一种切实可行的依据。     

叶型改进对离心通风机内部气动激励影响机理的数值分析研究

叶片是离心通风机核心部件,为研究叶型改进对离心通风机振动的影响,对某型离心通风机进行气动激励的仿真计算;通过定常计算,发现叶型改进能够推迟流动分离,减小诱发振动的激励因素;通过非定常计算,发现叶型改进对离心通风机气动激励的影响主要体现在压力脉动的改善,尤其是叶频脉动的降低;用计算分析结果对通风机振动变化进行预估,样机试验结果表明,叶型改进能够降低叶频振动,同时也表明气动激励分析可为通风机低噪声改进效果提供判断依据。     

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。     

基于场景交互理论的智能道路清扫车安全设计研究

目的 通过“场景交互理论”分析智能道路清扫车作业安全问题,以进行科学、合理的作业安全警示方式创新设计。方法 基于场景交互理论内涵,将城市智能清扫语境下的交互场景细分为内部智能场景和外部现实场景;依据现实场景中道路使用者与智能道路清扫车交互关系的特殊性,构建以作业安全设计为目标的场景交互五要素,对主流作业安全警示方式进行分析得出创新方向;基于投影技术进行作业安全警示方式的框架构建和模块的结构设计,完成了作业安全警示图案的尺寸设计、位置设计及图案内容设计的方法构建。结果 利用Lumion对设计方案进行了3D模拟,验证了其合理性。结论 基于场景交互五要素设计的投影作业安全警示图案可为道路使用者营造更为安全的道路交通环境。     

压缩机吸气消声器气动噪声辐射特性研究

以某变频压缩机吸气消声器为研究对象,在不同压缩机转速下,研究消声器内流场气动噪声辐射特性。通过仿真分析消声器内部流场和声场,采用FW-H声学模型计算其声场参数,获得噪声源数据,计算气动噪声辐射特性,并与整机测试结果进行对比分析。结果表明,吸气消声器噪声源强度从入口至出口沿气流方向逐渐增大,主要噪声源位于出口附近;随转速增加,噪声源强度逐渐增大;出口和入口的声压级都随转速上升而增大,且声压级的最大值所在频段随转速上升逐渐向高频移动;相同转速下,出口处的声压级高于入口处;消声器气动噪声表现为一种宽频噪声,主要集中于400 Hz至6 000 Hz频段内,吸气消声器气动噪声对压缩机整机噪声影响较大。