基于Lighthill声类比理论的喷水推进泵不稳定流动诱导噪声的数值研究

喷水推进泵内部不稳定漩涡流态对舰船推进系统的稳定性和噪声具有重要的影响,为了研究多工况下的流动特性及流致噪声机理,采用了计算流体力学(CFD)与计算声学(CA)耦合数值模拟的方法,针对喷水推进泵的不同的运行工况进行了精细化非定常数值模拟,并与实验结果进行了验证。基于非定常数值模拟结果,将叶轮表面旋转偶极子与导叶表面固定偶极子的CGNS数据作为声源,采用BEM法开展了一系列的内声场及外声场声振耦合计算。研究结果表明:喷水推进泵压力脉动的幅值从叶轮进口处到导叶出口处逐渐减小;在额定工况下,喷水推进泵内部的压力脉动系数的最大值都出现在一阶叶频附近,叶片通过率是幅值的主要影响因素;随着流量工况减小,一些监测点在低频范围内的压力脉动超过一阶叶频处的值,成为主频;随着流量减小,喷水推进泵内部压力脉动幅值明显增大,内声场的声功率级随之上升,外声场声振耦合的声压级也随之增大,且呈现出明显的偶极子特性,本文的研究结果为舰船喷水推进泵的低振低噪设计和运行提供了理论基础。     

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。     

发动机进气噪声气动声源特性分析

目前主要通过进气空滤器对发动机进气系统的气动噪声进行降噪,而通过对气动声源的研究进行源头降噪具有一定实际意义。但由于进气道-气门-燃烧室等的特殊性,难以测量声源的声学状况,故以进气道-气门-燃烧室为研究对象,通过仿真研究气动声源位置分布。结果表明：进气门密封锥面处偶极子声源强度较大;两进气道的气流相遇处以及靠近壁面处四极子声源强度较大。在原有结构中改变进气门过渡圆角半径R对气动噪声源进行控制,R增大为11 mm时,偶极子和四极子声源声压级(Sound Pressure Level,SPL)峰值分别降低7 dB和8 dB,噪声主要集中在中低频区域,频率大于2 000 Hz后SPL衰减迅速。增大R可以降低噪声源处的声能量,从而降低对外表现的噪声。     

真空管道高速列车气动噪声研究

为了探究真空管道高速列车气动噪声随着列车运行马赫数变化的分布规律,本文对真空管道交通(VTT)系统内高速列车气动噪声的研究主要采用理论研究和数值模拟相结合的方法。采用基于Lighthill声学分析法,建立高速列车的二维模型。运用流体软件FLUENT进行数值模拟,数值计算并分析了低压环境下真空管道内高速列车远场气动噪声的分布规律、频谱特性以及声压等声学指标;然后通过对数值模计算结果的后处理,对气动噪声数值规律总结。结果表明气流流速快、扰动作用强、脉动压力大、湍流活动剧烈的流线型车头为高速列车主要的噪声声源,即列车的气动噪声取决于列车表面脉动压力,脉动压力越强,声压值越大。     

一种气动声源的数值研究

将CFD技术研究引入对一种气动声源的流体数值模拟研究,利用Navier-Stokes方程和RNG湍流模型,并在转动部件与静止部件间用滑移网格技术建立交界面,进行数值模拟,再采用时域和频域分析方法对流场内压力脉动的强度和频率进行分析,并将该结果与该气动声源的试验值进行对比,证明该数值计算的可靠性。     

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。     

侧风下的汽车非光滑表面后视镜气动降噪研究

汽车高速行驶时的气动噪声严重影响汽车乘坐舒适性,研究表明仿生凹坑非光滑表面的扰流效应具有气动降噪的作用。通过以汽车行驶时常见的侧风工况为研究点,在后视镜边缘布置仿生凹坑非光滑单元结构,研究侧风对非光滑表面气动降噪效果的扰动。采用分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)与计算气动声学(Computational aeroacoutics,CAA)相结合的方法,在无侧风与侧风工况下进行数值模拟得到监测点声压级频谱。通过对比定常分析中A柱后视镜区域流动特征,压力云图,并结合侧窗区域监测点的声压级频谱图,探讨非光滑表面在侧风下对流场控制及气动降噪中的作用。研究结果表明侧风对非光滑表面后视镜气动降噪效果存在较大影响,并且在侧风下背风侧时非光滑表面的降噪效果最好。     

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。     

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。     

蜗壳不同心度对核主泵瞬态水动力特性研究

为研究核主泵在不同工况下运行的瞬态特性,基于RNG k-ε模型采用CFX三维非定常数值模拟方法分析其在4种不同同心度下压力脉动变化规律。结果表明,改变偏心距并未改变叶轮主频,随偏心距增加叶轮内压力脉动幅值先减小后增大。各偏心距在不同工况下压力呈相似规律变化,且波动次数等于导叶数目,即叶轮内流动状态受导叶影响较大。小流量工况下脉动幅值随偏心距增加波峰出现位置逐渐向下一时刻推移,且不同偏心距下压力脉动幅值差别较大;设计工况下叶轮流道内压力脉动幅值波动明显小于小流量工况,出口压力脉动幅值远大于进口。大流量工况时叶轮内各监测点压力脉动幅值在各偏心距下从叶轮进口到出口均呈不稳定波动,波动幅值远大于设计工况。偏心距为10~15 mm时核主泵运行压力脉动最小。     

叶片厚度对旋涡风机叶片噪声的影响分析

利用三维CFD模型对旋涡风机内部流场进行模拟分析,获得叶片表面的压力脉动信息,以叶片表面压力流场作为气动声源,通过求解FW-H方程,计算了叶片产生的远场气动噪声;并以叶片表面的压力脉动信号作为激励源,计算了叶片振动产生的噪声。计算结果表明叶片厚度在1 mm到4 mm的范围,其气动噪声基本保持不变,结构噪声随叶片厚度减小而大幅增加,进一步分析得出叶片产生的噪声以气动噪声为主,结构噪声基本可以忽略。     

基于传声器阵列的低速空腔噪声控制试验研究EI北大核心CSCD

基于相位传声器阵列在声学风洞中测量了低速空腔流动中主要噪声源的分布特性,提出了一种新的评估气动声源强度的计算方法。通过在空腔前后缘加装锯齿板和阻挡板的方式探索了空腔噪声抑制策略,并且比较了不同措施的降噪效果。结果表明:低速空腔流动噪声主要来自于剪切层与空腔后壁的相互作用;锯齿板以沿来流方向安装在前缘对空腔噪声控制效果最好,且锯齿越密集,噪声抑制效果越明显;阻挡板对空腔噪声控制效果不理想。     

吸油烟机气动噪声的数值模拟

基于混合CAA(Computational Aeroacoustics)方法,对某型号吸油烟机的气动噪声进行了数值模拟研究.首先,利用CFD软件Fluent对吸油烟机的非稳态流场进行计算,得到吸油烟机非稳态流场的压力和速度分布.然后,利用Lighthill声类比方法和Curle方程,采用声学软件Actran计算得到吸油烟机的声场.最后,分析了吸油烟机内声源频域结果和声场的声压级云图,得到了吸油烟机噪声传播指向特性.研究结果表明,吸油烟机噪声主要为中低频噪声,且以离散噪声为主.在叶片通过频率下,吸油烟机噪声具有明显的指向性特征,噪声主要由吸油烟机内离心风机主次进风口向外部传播.     

高速列车引起的环境噪声及声屏障测试分析

对武广客运专线上高速运行列车引起的环境噪声及声屏障降噪效果进行了实测,测得大量噪声数据.通过分析得到以下结论:高速列车的机车辐射噪声随列车速度的增大而增大;通过路基段时的辐射噪声为82.8～91.8 dB(A),通过桥梁段时为79.3～89.6 dB(A),随着桥梁和路基高度的逐渐增大,辐射噪声略有减小的趋势;噪声频率主要集中在低频段(f=40～80 Hz)和中频段(f=500～8 000 Hz),与桥梁区段相比,路基区段随频率的增加声能量衰减较为平缓.近期路基段铁路边界噪声值在60～65 dB(A),桥梁段为55～60dB(A);中期(2018年)边界噪声的预测噪声值较近期值有明显增大,最大值接近规范限值.路基声屏障降噪效果为6～8 dB(A),桥梁声屏障降噪效果为6～7 dB(A);声屏障越高降噪效果越明显,3.15 m高声屏障降噪效果较2.65 m高声屏障提升2 dB(A)左右.     

仿生降噪蜗舌试验研究与数值模拟分析

摘要：利用逆向工程方法,提取长耳鸮翼表面形态与构型降噪特征元素,设计仿生降噪蜗舌。将仿生降噪蜗舌应用于离心风机气流噪声控制,通过对比试验研究,在整个频段的总声压级LA均低于原型风机,声压级平均降低2.3dB;影响仿生蜗舌降噪效果的主次因素为：仿生形态单元间距t、仿生形态单元个数n、仿生形态单元高度h。基于计算气动声学原理的数值模拟分析表明,仿生系统降噪机理主要为：减小了气流对蜗舌的冲击,使蜗舌表面紊流附面层压力脉动减弱并延缓蜗舌后部涡流分离脱落;使从风机叶轮流出的脉动气流在流经仿生蜗舌表面时,流速分布较为均匀,速度突变较少,气流稳定性的增强有利于降低气流噪声的产生。     

变流器气动噪声分析与噪声控制研究

为控制某型号变流器噪声,文章对该变流器产品开展柜体内气动噪声仿真研究,并与试验结果对标,验证仿真方法可靠性,并协助进一步诊断噪声问题。仿真研究结果表明:机柜内部气动噪声源主要集中在风机附近区域,由风机叶片旋转引起的离散声源。风机噪声频谱在叶片通过频率及其他谐频出现明显峰值。文中对不同降噪方案进行仿真分析,对比了不同材料及不同厚度方案的降噪效果,并通过试验进行了验证。结果表明,使用吸声材料方案使出口总声压级降低 12.2 dB(A)。仿真分析法的降噪优化量与试验结果相近,该方法可应用于后续新产品的降噪设计。     

空调离心叶轮尾流噪声的数值预估

由于现有的计算技术限制,风机气动噪声的数值预估是非常困难的。对于单个离心叶轮,已知其最主要的气动噪声源是叶片尾缘涡脱落导致的叶片表面压力脉动。基于Lee(1993)的轴流风机尾流噪声模型,提出一种可适用于离心叶轮尾流噪声数值预估方法。它包括三项主要工作:首先利用商用CFD软件Fluent对叶轮内的三维流场进行了数值模拟,并对所得气动性能进行实验验证;然后对叶片尾缘附近的速度剖面进行分析,提取出吸力面和压力面两侧的边界层厚度;最后,根据改进的噪声预估模型对叶轮的总声压级进行数值预估,在设计工况附近所得结果与实验值相比误差小于3dB。     

家用电器风机噪声的一种等效声源建模方法

风机噪声是油烟机、吸尘器、电吹风等家用电器的主要噪声源,噪声管理是这类产品开发的关键。为缩短家用电器的开发周期,需要在设计阶段对产品进行噪声预测与评估。传统预测方法是对风机和系统整体建模,进行气动噪声流体-声学联合仿真(Computational Fluid Dynamics-Computational Aeroacoustics, CFD-CAA)。但该方法使声源与声传播过程相耦合,设计每当有修改的时候,就要需要进行全系统计算,开发效率较低。为此,文章提出一种可以将风机声源特性与系统声传播过程解耦的噪声源建模方法,分析风机气动声源特性,建立风机等效源模型。设计了风机噪声试验,测试风机的风口噪声,提取等效声源强度,用于快速预测不同系统、不同工况的噪声。将该模型应用于两种型号的油烟机噪声分析,结果表明,对不同的风道结构,系统噪声预测误差均在3 dB左右。     

全封闭设备舱对隧道内160 km/h地铁气动声源影响

随着地铁列车速度提升至160 km/h,隧道环境下地铁列车表面气动激励显著增强。应用大涡模拟对隧道内160 km/h地铁列车脉动流场结构和表面气动噪声源进行数值仿真,定量评估全封闭设备舱设计对地铁列车气动声学性能的优化效果。结果表明：全封闭设备舱设计能够疏导车底气流,使车底气流更多集中在转向架舱两侧溢出,同时引起车下主要涡结构尺度增大。对应的,列车整车车体气动噪声源能量减小约2.9%;其中头车、中车1分别增大5.7%和9.4%,中车2和尾车分别减小4.2%和13.8%,各节车体声源能量分布更加均匀;列车高频声源能量减小,整车800 Hz峰值频谱能量减小约4.0%。研究成果将为160 km/h地铁列车气动降噪设计提供参考。     

全封闭设备舱对隧道内160 km/h地铁气动声源影响#br#

随着地铁列车速度提升至160 km/h，隧道环境下地铁列车表面气动激励显著增强。应用大涡模拟对隧道内160 km/h 地铁列车脉动流场结构和表面气动噪声源进行数值仿真，定量评估全封闭设备舱设计对地铁列车气动声学性能的优化效果。结果表明：全封闭设备舱设计能够疏导车底气流，使车底气流更多集中在转向架舱两侧溢出，同时引起车下主要涡结构尺度增大。对应的，列车整车车体气动噪声源能量减小约2.9 %；其中头车、中车1 分别增大5.7 %和9.4 %，中车2 和尾车分别减小4.2 %和13.8 %，各节车体声源能量分布更加均匀；列车高频声源能量减小，整车800 Hz峰值频谱能量减小约4.0 %。研究成果将为160 km/h地铁列车气动降噪设计提供参考。