汽车后视镜区域非定常流场与气动噪声研究

以表达汽车A柱与侧窗形状特征的楔形体为基础,安装某轻型客车的后视镜,建立能够表达汽车后视镜区域流动特点的几何模型.采用计算流体力学软件Star-CD和稳态那维尔-斯托克斯方法,获得此几何模型的后视镜区域流场特性和气动噪声源项的基本信息,进而采用子域数值模拟方法,获得非定常流动特性和侧窗区域监控点的气动噪声声压级.在风洞试验中采用表面丝带法进行流场可视化,并采用激光粒子测速技术测量后视镜尾流场,验证了流场数值模拟的正确性.在风洞中测量侧窗区域监测点的气动噪声声压级,评估计算流体力学方法对气动噪声的预测能力.与风洞试验对比表明,子域数值模拟方法在保证计算精度的前提下降低了气动噪声数值模拟的计算量,为在汽车开发早期阶段预测气动噪声提供了可行的途径.     

虚拟激励法的汽车气动噪声研究

采用分离涡模拟(DES)方法对车外流场进行瞬态计算得到车身表面脉动压力,将虚拟激励法应用于求解汽车内部的气动噪声场,利用声振耦合法得到车内场点的声压级频谱。对不同车速不同位置的噪声特性进行了对比分析和道路实验验证。结果表明:汽车气动噪声为宽频谱,在某一特征频率处达到峰值后呈指数型下降;噪声截止频率和峰值频率随着车速的提高向高频移动;声压级大小与脉动压力强度以及辐射面积有关;将虚拟激励法应用于气动噪声求解是可行的。     

高速列车受电弓导流罩气动噪声特性分析

针对高速列车受电弓区域气动噪声问题,采用大涡模拟和FW-H声学模型重点对列车在250 km/h、350 km/h运行时受电弓导流罩气动噪声进行数值模拟,建立了车体+受电弓导流罩的计算模型,分析导流罩表面偶极子声源分布和气动噪声频谱特性。研究结果表明：350 km/h下导流罩表面气动噪声整体大于250 km/h;两种速度下导流罩表面偶极子声源分布规律在频域表现一致：在高频阶段声压级明显低于低频阶段,5 000 Hz下最大声压级仅为20 Hz下的40%;导流罩表面最大声压级都诱发于凹腔与后引导面的过渡处,20 Hz下分别可达136 dB、143 dB。此外,导流罩近场和远场气动噪声频谱曲线相似,均是一种宽频噪声,且能量主要集中在150～950 Hz,对后续更高速级列车受电弓导流罩降噪结构设计和隔声材料的选取有一定实际参考意义。     

带有环球影像镜头后视镜对汽车气动噪声的影响研究

为探究带环球影像镜头后视镜对汽车气动噪声的影响,运用Lighthill-Curle声类比方法,对带环球影像镜头后视镜尾部气流的流动以及汽车前侧窗处声场进行研究分析。分析表明:车辆在高速行驶条件下,带有镜头方案的后视镜尾部气流相对于原方案发生较大变化,同时通过计算得到声压频谱图可知,频率在中高频段时,带有镜头方案的前侧窗区域的气动噪声相对于原方案的声压级有所增大。最后,为探究带有镜头后视镜对驾驶舱内气动噪声的影响,对带镜头方案和原方案分别进行噪声风洞试验。试验结果表明:带有镜头方案舱内声压级高于原方案,同时测得舱内语言清晰度也有所下降。试验结果与数值分析一致,验证了数值分析的正确性,为汽车后视镜气动噪声地控制提出了理论依据,有利改善司乘人员乘坐的舒适性。     

高速列车受电弓气动噪声频谱分析

受电弓是高速列车上主要的气动噪声源,而受电弓气动噪声又是宽频噪声,其气动噪声的声压级和频率可能达到多大的水平目前还没有定论。利用斯特劳哈尔数和圆柱绕流数值计算,依据受电弓杆件最小直径估算了其峰值计算频率。基于Lighthill声类比理论的混合方法,计算分析了某高速列车受电弓的表面偶极子声源大小及分布,并以此为基础,计算了受电弓的远场气动噪声。计算结果表明:支撑滑板、转轴是受电弓的主要气动噪声源;随列车运行速度的提高,受电弓远场气动噪声增大,最大声压级所对应的频率值增大;受电弓宽频噪声的高声压级频段持续到接近3000Hz,与车体的气动噪声相比,其高声压级持续的频段更宽。     

高速面铣刀气动噪声及其频谱分析

高速面铣削过程中的噪声严重影响工作人员的健康,偶极子声源是气动噪声的主要声源,基于Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程建立高速面铣刀气动噪声预测模型,采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)的方法对气体流动特性进行数值模拟,进行高速面铣刀空转噪声测试试验,噪声预测声压级比噪声测试声压级低4.0 dB左右.研究结果表明容屑槽区域和刀片前刀面是影响高速面铣刀气动噪声的主要因素,高速面铣刀气动噪声在轴向具有明显指向性.结合频谱分析发现紊流噪声分布在较广的频率段,决定了气动噪声的大小,但旋转频率上离散噪声的强度往往很大.高速面铣刀气动噪声预测模型可为低噪声高速面铣刀设计和合理应用提供理论依据.     

基于波数-频率谱的腔体流动自持续振荡频率研究

在目前普遍认可及广泛应用的腔体流动自持续振荡噪声频率预测方法Rossiter半经验公式中,只给出了经验常数k的推荐值,并没有给出具体的计算方法.为此,本文采用数值模拟的方法确定k值.首先,采用LES湍流模型建立腔体自持续振荡噪声预测模型.进而,分析腔体内部监测点,得到前三阶噪声峰值频率,并与k取推荐值(0.57)的Rossiter公式预测频率进行对比,预测结果存在一定的误差.然后,通过分析腔体后缘湍流脉动压力的波数-频率谱,得到k值为0.63并代入Rossiter公式,得到前三阶噪声峰值频率并与数值模拟结果吻合较好.结果表明,利用分析湍流脉动压力的波数-频率谱确定经验常数k的方法是可行的,并且能够提高Rossiter公式预测频率的准确性.     

柴油机噪声源识别与噪声特性研究

以某型号柴油机为研究对象,测量了柴油机外特性工况、负荷特性工况下的整机噪声和主要零部件近场噪声,结合频谱分析进行了噪声源识别。研究结果表明,柴油机标定工况的整机声功率级106.3 dB(A);在负荷不变的情况下,柴油机噪声随着转速的上升而增大。高转速时,柴油机负荷的变化对噪声影响不大;柴油机近场噪声较高的部位是油泵、油底壳、曲轴皮带轮和空气滤清器;低速时,进气噪声是柴油机主要噪声源,频率120~125)Hz处的峰值与周期性压力脉动频率相吻合,频率315 Hz处的峰值与气柱共振系统的固有频率相吻合,气柱共振噪声要高于周期性压力脉动噪声。     

吸油烟机用多翼离心风机错齿叶轮设计研究

提高吸油烟机气动和噪声性能对改善人们的生活品质具有十分重要的意义。本文首先针对某型号吸油烟机的气动和噪声性能进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比,验证了数值计算模型和计算方法的有效性。其次将贯流风机常用的叶轮分节交错结构应用到吸油烟机的风机叶轮中,得到了一种新型的错齿叶轮,并对错齿叶轮吸油烟机的气动和噪声性能进行了数值和试验研究。数值和试验研究表明,相比于原型吸油烟机,带错齿叶轮的吸油烟机总压和效率基本保持不变,风量增大0.89 m~3/min,噪声降低0.78 dB。分析其作用机理,发现多翼离心风机的蜗舌处的压力变小,压力梯度降低,蜗壳出口处的速度变大,因此整机的流量得到提高,噪声有所下降。错齿叶轮能够在0～2 000 Hz的低频段有效降低烟机噪声,在2 000 Hz以上的高频段降噪效果不明显。     

气动弹片对翼型气动及噪声特性的影响

在NACA0018翼型吸力面布置固定气动弹片后,比较了原始翼型和弹片翼型的气动性能及噪声特性。采用数值模拟方法,在6°～24°范围内计算攻角气动弹片对翼型气动性能及噪声特性的影响,并分析了其流动控制机理。结果表明：气动弹片在大攻角下的效果较好,升力系数可提高37.11%,且可减缓流动分离向前缘发展,提高气流下洗能力;攻角较大时,气动弹片可以减小翼型在接收点处的噪声总声压级的4.23%,且翼型噪声总声压级在指向性分布上呈现偶极子特性。     

A theoretical study on the acoustically driven oscillating flow around small spherical particles

In order to study the oscillating flow induced by a high intensity acoustic field, a computer code which employs the two-dimensional, unsteady mass and momentum conservation equations for laminar flow in spherical coordinates has been developed. The displacement amplitude of the incident sound wave is large compared to the characteristic length of particles, and the acoustic Reynolds number based on the particle diameter and the velocity amplitude of the oscillating flow is less than about 100. Numerical solutions of these equations give the velocity field, axial pressure gradient, shear stress and flow separation angle around the particle for acoustically oscillating flow as a function of acoustic Reynolds number and Strouhal number. The axial pressure gradient, shear stress and separation angle are proportional to the magnitude of oscillating flow at low frequency (～50Hz) and can be approximated by the quasi-steady analysis. The effects of flow oscillation increase with increasing frequency (～2000Hz) due to combined effects of curvature and flow acceleration, giving different values of axial pressure gradient, shear stress and separation angle for different frequencies of 500, 1000 and 2000 Hz.     

基于流固耦合作用的柔性体流噪声降噪机理研究

舵体与流体相互作用产生的流噪声是水动力噪声的主要来源之一,这种噪声以宽频噪声为主,一般的降噪措施难以对其进行有效控制,而柔性舵体提供了解决的技术方案。以柔性NACA0018翼型为对象,基于流场大涡模拟、考虑任意运动固体边界的声学FW-H方程、并进一步利用弱耦合流固耦合算法考虑流体与柔性体的相互作用,对柔性翼型绕流非定常流场及流致噪声进行仿真,系统地分析不同攻角下柔性体的变形对流动、声源特性及流噪声辐射特性的影响。仿真结果表明:柔性体的变形延缓了壁面的流动分离,减小了湍流区,并抑制了壁面的压力脉动;降低了转捩区和湍流区的壁面声源强度,层流区的声源强度在大攻角下减小,而在小攻角下增大;随着攻角的变化,远场辐射噪声总声压级在翼型弦长方向和法线方向上呈现不同的变化规律,噪声频谱特性也表现出不同的规律。     

基于CFD/CA的离心泵流动诱导噪声数值预测

基于Lightill声类比理论,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)和计算声学(Computational acoustics, CA)相结合的算法对离心泵内部声场进行求解。基于SST k-ω湍流模型封闭雷诺时均方程,对离心泵内流场进行三维非定常计算。在流场计算的基础上采用边界元法对叶片偶极子源和蜗壳偶极子源的辐射声场进行求解,研究了蜗壳振动对声压级分布的影响,并搭建试验台对所提出的算法进行验证。结果表明,叶频及其倍频是流动诱导噪声的主要频率,隔舌附近监测点的压力脉动强度最大;声振耦合作用对声压级分布的影响不可忽略,模态振型所在的频率(580 Hz)下声振耦合作用的影响较大;泵出口场点的声压级比进口大,且均在叶频处最大,效率最高的工况点声压级最小;声场模拟和试验结果在趋势上基本吻合,最大相差3.1%,肯定了所提数值算法的预测作用,可为离心泵低噪声优化设计提供参考。     

离心泵作透平流体诱发内场噪声特性及贡献分析

对某离心泵作透平流体诱发的内场噪声特性进行数值计算和试验研究。在典型流量下,采用雷诺时均方法获取壳体壁面偶极子声源,并利用边界元方法(Boundary element method,BEM)求解出壳体偶极子源作用的流动噪声,基于有限元结合边界元的声振耦合法(Finite element method/boundary element method,FEM/BEM)计算出流体激励结构振动产生的内场流激噪声及考虑结构振动的流动噪声,分析不同性质噪声源的频谱特性,同时评估内场声源在各个频段下的贡献量。借助水听器对透平出口进行流体声学试验,获得了噪声的频谱特性。结果表明,离心泵作透平出口流体诱发噪声主要集中在中低频段,小流量工况低频噪声特性增强。壳体声源作用下考虑结构振动流动噪声的计算结果与试验结果在较大流量下吻合较好。壳体偶极子作用的流动噪声对内场噪声的贡献最大,其次是考虑结构振动的流动噪声,流激噪声对内场噪声贡献最小。结构的影响使得二阶叶频处声压增加,其余离散频率及宽频处声压均有所降低。该研究结果为低噪声叶轮机械设计提供了一定的参考。     

Three-dimensional effects of supersonic cavity flow due to the variation of cavity aspect and width ratios

Unlike the steady closed-type supersonic cavity flow, open-type cavity flow is divided into internal and external flows by turbulent shear layer. The cavity flow may cause resonance phenomena due to pressure oscillation, depending on the cavity geometry and the flow conditions. These phenomena may induce noise generation, structural damage, and aerodynamic instability. In this research, the flow characteristics of three-dimensional supersonic cavity flow of Mach number 1.5 were analyzed with the variations of aspect ratio and width ratio. Three-dimensional unsteady compressible Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations were used with a turbulence model. For numerical calculations, the 4th-order Runge-Kutta method and the FVS method with van Leer’s flux limiter were applied. The numerical calculations were performed by using a parallel processing program with 16 CPUs. The sound pressure level (SPL) spectra of pressure variations were analyzed at the point of cavity leading edge. The correlation of pressure distribution (CPD) was also analyzed for the propagation of dominant oscillation pressure waves with respect to the reference point of the cavity leading edge. The dominant oscillation frequency was compared with the oscillation modes of Rossiter’s formula. Oscillation Mode 2 appeared as a dominant oscillation frequency regardless of the aspect ratio of cavity in the two-dimensional flow. Oscillation Modes1 and 2 appeared in three-dimensional cavities of small aspect ratios. However, as the aspect or the width ratio increases, only the mode 2 or 3 frequency appeared as a dominant oscillation frequency.     

An investigation of the influences of noise on EEG power bands and visual cognitive responses for human-oriented product design

Various different human-oriented approaches are required in industrial activities. Noise is one of the most widespread sources of environmental stress. So, it is important to consider noise when we design human-oriented products. This study investigates the responses of EEG and eye movement data in order to evaluate the direct effects of low, middle, and high frequency noise on the two main physiological stress aspects: the EEG band power (alpha and beta frequency bands) and pupil response time (PRT) for a human-oriented product design. Fifteen subjects were exposed to low (100 Hz), middle (1000 Hz), and high frequency (10000 Hz) noise while awake. EEG and eye movement data were collected during noise exposure. Alpha band activity in low and high frequency noise ranges was smaller than that in no sound. Alpha band activity decreased 19.3 ± 4.5 % in the low frequency noise range. Additionally, alpha band decreased 19.5 ± 5.4% in high frequency noise range. On the other hand, Beta band activity in low and high frequency noise ranges was greater than that in no sound. Beta band activity increased 26.9 ± 7.9 % in the low frequency noise range and increased 30.6 ± 6.1% in high frequency noise range. The PRT, or visual cognitive responses, in low or high frequency noise was greater than that in no sound. PRT increased 15.3 ± 3.0% in low frequency noise range. Alternatively, PRT increased 18.1 ± 3.2% in high frequency noise range. And results of EEG and eye movement were statistically significant in low and high frequency noise (r > 0.92, p < 0.05). The findings of this study indicate that the stress induced by low frequency noise is as stressful as the stress induced by high frequency noise. Additionally, utilizing eye movement data and acquiring the PRT is useful in the analysis of human stress responses during various stressful situations in addition to the analysis of human stress responses during noise exposure.     

一种含次级通道在线辨识的窄带主动噪声控制系统

分析了噪声危害设备产生的谐波噪声,特别是以500 Hz或600 Hz以下的低频成分为对象,介绍了主动噪声控制(ANC)技术的原理、意义及发展现状。在实际声学场所,由于控制系统易受初级噪声功率、残余噪声幅值等因素影响而不稳定。在分析控制系统收敛条件的基础上,通过对系统误差引入一个比例因子从而改进系统模型,并以一维管道为实验平台,基于高速数字信号处理器(DSP)设计了含次级通道在线辨识的主动噪声控制器。实验结果表明,在250 Hz左右的频段上能够达到16 dB的降噪效果。     

近场声全息试验用于医用制氧机噪声控制

为了降低家用制氧机的运行噪声,采用了近场声全息技术进行制氧机噪声场数据采集和声场重建.根据声压频谱图、声压辐射云纹图、声速频谱图、空间声速分布图以及时间/频率/声压图谱等可视化信息,选择了针对声源、传播途径的隔声罩、涂敷阻尼胶、石膏板吸声和加装部件减振胶垫等简单有效的噪声控制措施.试验表明,近场声全息技术是一种有效地进行噪声源控制和声辐射特性研究的重要工具.     

夹心式压电超声换能器声场分析

对谐振频率为28.4 kHz的夹心式压电超声换能器声场进行仿真分析,研究空化气泡对声场分布及噪声的影响。以COMSOL软件压力声学接口为基础,对换能器进行瞬态分析,观察有无空化气泡时空间内的声压分布情况,对比两种情况下截点位置的声压变化曲线及频域分布曲线。通过试验对仿真结果进行验证,确认空化气泡的存在增强了空间中的声场,使水中最大声压值由8×104 Pa增大至2.5×105 Pa,空气中最大声压值由80 Pa增大至140 Pa。水中的高声压区集中在空化区域内,空化区域后方的声压减弱。与此同时,空化气泡使空气中的低频噪声增加,截点位置的声压幅值由原来的2 Pa增大至4 Pa。     

压电振子及流体对泵近场噪声的影响

研究了压电振子的弯曲振动形变及振动辐射噪声.首先建立压电泵压电振子振动方程,导出弯曲振动形变函数;提出用微平面活塞振动理论简化压电振子振动模型,推导了近场声压理论计算方程及泵内流体对泵噪声贡献量方程;最后把理论计算结果与试验结果进行比较分析,分别得出在不同频率下压电振子及泵内流体对泵噪声贡献的大小.在输入频率为50 Hz时,泵噪声的理论值为45 dB,实际值为37 dB,泵内流体对泵噪声的影响较大,实际值与理论值的相对误差为21.6%;在输入频率为120 Hz时,泵噪声的理论值为61 dB,实际值为62 dB,泵内流体对泵噪声的影响较小,实际值与理论值的相对误差为1.6%,证明了本研究所提出理论的正确性.