螺旋桨气动噪声数值模拟和实验研究

针对某飞机螺旋桨开展气动噪声数值模拟和实验研究。气动噪声模拟采用非定常滑移网格方法,运用大涡模拟和FW-H模型获得声学测量点的噪声频谱。实验测量选在露天场地进行整机静态测试。通过螺旋桨各测点声压级计算结果与实验对比分析,证明了数值计算的准确性。基于计算模型和方法,分析了螺旋桨在三种转速下旋转区声压级分布规律。研究表明:旋转区声压级随转速逐渐增大;螺旋桨叶尖涡及前缘分离涡在桨叶表面形成较大压力波动,为螺旋桨主要噪声源。     

轴流风机气动性能与气动噪声的模拟和实验研究

本文对某改进前后的弯掠叶片轴流风机进行了气动和噪声性能的实验和数值模拟。气动计算采用了定常转动坐标系结合SIMPLEC算法和标准k-e湍流模型,获得风机静压和叶片尾涡特征宽度分布,采用Fukano噪声简化模型获得测量点线性声压级;气动噪声模拟采用非定常滑移网格方法,利用FW-H声压模型获得声学接收点处的噪声频谱。结果显示,气动性能计算与实验较符合,噪声结果有偏差。     

高速列车头车气动噪声的控制方法研究

提出了高速列车头车远场气动噪声的改进方案,并进行了仿真研究。首先完成了9组不同车头形状的全尺寸头车模型和流场流域的创建,并通过k-ε湍流模型计算稳态流场;其次在稳态流场的基础上,采用宽频带噪声模型计算了头车表面的气动噪声源;利用大涡模拟(LES)方法计算瞬态流场,进而获取车身外表面的压力;再基于瞬态流场,采用Lighthill声比拟理论研究了头车的远场气动噪声的计算。最后,将不同形状头车的气动噪声的仿真分析结果相对比,验证改进方法的可行性。这里的研究,将对高速列车噪声的有效控制提供一定的技术支持,有着较重要的科学意义和实际研究价值。     

CRH3列车车头曲面气动压力稳态数值模拟

针对列车提速所引起的铁路噪声问题,尤其是在高速运行情况下占主导的气动噪声问题。通过对列车模型的气动噪声进行稳态数值模拟分析,探究列车不同速度运行时的表面压力分布情况,从而为列车的车身设计提供参考。在Lighthill声学理论的基础上,采用常用的k-ε模型以及SIMPLE算法进行计算,分别对CRH3列车在300km/h和350 km/h的运行速度下的稳态模拟结果进行分析,研究不同速度下列车头部各部分的流场特征。     

大涡模拟在轴流风扇气动噪声仿真中的应用

随着高集成、大功率电子设备的应用越来越广泛,随之而来的气动噪声问题越来越受到人们的重视,对其主要气动噪声来源—风扇的研究也越来越深入。伴随着仿真计算方法以及计算机技术的发展,数值仿真已经成为气动噪声仿真、预测、降噪的新手段。在总结了前人在气动噪声仿真中的相关手段方法后、采用流体力学计算软件Fluent和LES大涡模型对轴流风扇气动噪声进行了数值模拟,分析了轴流风扇气动噪声产生机理,验证了仿真方法的正确性,结果表明LES湍流模型能够准确预测气动噪声,满足工程应用要求。     

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.     

小型轴流风扇结构改进的气动及声学研究

小型轴流风扇为电脑CPU等的重要散热器件。为改善其气动及声学性能,提出了一种新型改进结构。对于原型和改进型,首先应用RNG k-ε湍流模型模拟了稳态流场,进行了静态特性的计算;然后以稳态流场为初始解,运用非稳态大涡模拟模型结合FH-W声学模型、傅里叶变换,计算了风扇进口、出口及内部的监测点噪声;并进行了静态特性和声学性能的实验研究。数值计算与实验结果表明:改进结构在提高静态特性及降噪两个方面效果良好,可在生产实践中加以应用推广。     

基于CFD对高速涡轮手机低噪声优化设计

运用计算流体力学（CFD）对牙科治疗用气动高速涡轮手机的噪声进行模拟分析,在定常的基础上,利用宽频声源模型确定了手机涡轮产生气动噪声的主要位置,并采用大涡模拟方法（LES）,结合FW-H声学模型,模拟出离散噪声的分布.基于对模拟结果的分析,对涡轮结构进行了优化设计,并通过实验验证表明优化有效降低了涡轮手机的噪声.     

基于SST k-ω湍流模型与遗传算法的高速电梯井道风口优化设计

为了改善和提高电梯的气动特性和运行稳定性，基于SST k-ω湍流模型对电梯进行空气流体仿真，计算气动阻力、侧翻力矩、俯仰力矩，分析实验数据变化趋势。通过最小二乘拟合，建立电梯气动特性的一元数值模型。根据正交实验结果与一元数值模型，基于MATLAB回归分析，建立电梯气动特性的多元数值模型，并以此作为目标函数，以气动阻力、侧翻力矩和俯仰力矩最小作为优化目标，基于遗传算法进行电梯气动特性的多目标优化，仿真验证优化后电梯气动特性得到较大改善，为电梯气动特性的改善提供了一定的参考价值和意义。     

飞机起落架气动噪声的数值计算改进方法

在飞机着陆过程中,起落架已成为飞机的主要噪声源。因此,对起落架气动噪声进行研究,并建立其数值计算方法是从总体上降低飞机噪声的主要途径之一。在已提出的基于试验数据的飞机起落架气动噪声数值计算方法基础上,提出一类改进方法。该方法除保持原有方法计算效率高、指向性计算正确的优点外,还进行了如下改进:首先,通过对小部件进行建模,实现了高频噪声的计算。其次,建立了起落架气动噪声散射模型,并对机轮与声源距离,机轮与接收点距离以及机轮直径对散射系数的影响进行了详细分析。最终通过对波音737主起落架全尺寸简化模型气动噪声进行计算,并与试验结果进行对比验证了该方法的正确性。     

动车组牵引变压器冷却风机气动噪声特性的试验和仿真分析

为研究动车组牵引变压器冷却风机的气动噪声特性,针对某型冷却风机进行气动噪声试验,得到在不同测点处的声压级和频谱特性。同时,针对该型风机建立仿真模型,模型中考虑电动机、支架等实际结构,结合计算流体力学方法和Lighthill声学比拟理论,对冷却风机的非定常流动特性和远场声场进行数值仿真,与试验数据进行对比。结果表明,通过大涡模拟得到的冷却风机噪声主要阶次与试验具有较好的一致性;在基于风机侧面评价点声压功率谱密度所估算声功率贡献量中,宽频带噪声占比为74.76%,是后续减振降噪的重点;阶次噪声占比为25.24%,结合仿真分析发现,阶次的主要来源为进风口动叶轮和出风口动叶轮处气流脉动压力所形成的偶极子声源,其中进风口第33阶次和出风口第10阶次最为重要。所得分析结果可为该型风机的气动性能和气动噪声的改进提供切实可行的参考依据。     

串联圆柱体绕流气动噪声三维数值仿真

基于大涡模拟(LES)和Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程相结合的方法对串联圆柱体绕流气动噪声进行三维数值仿真,并对下游圆柱体在不同直径情况下进行对比研究。首先通过LES求解不可压缩Navier-Stokes方程得到串联圆柱体的非定常湍流流场;然后以圆柱体表面为积分面利用FW-H方程进行积分求解,得到远场辐射噪声。通过与美国国家航空航天局(NASA)的基准实验对比,验证仿真方法的正确性,研究结果能够为起落架的低噪声设计和制造提供一定参考。     

矿用通风机二级叶轮尾迹区域涡量与气动噪声分析

采用大涡模拟和Lighthill声比拟法,在额定工况下对矿用通风机二级叶轮尾迹区域的流场与声场进行数值模拟,分析涡量和气动噪声.分析结果表明,矿用通风机二级叶轮尾迹区域的涡量最大值产生于机壳壁面,沿扩散锥方向涡量逐渐减小;气动噪声最大声压级主要集中在靠近二级叶轮尾迹的涡流紊乱区域,沿出风口方向气动噪声逐渐减小.靠近矿用通风机二级叶轮尾迹区域的气动噪声主要是二级叶轮旋转基频的离散噪声,沿出风口方向气动噪声的离散性质逐渐减弱,并且逐渐以宽频噪声为主.数值计算结果与试验结果吻合,验证了数值模拟的正确性.     

排气涡轮基于顺序流固耦合传热数值模拟研究

针对某四缸发动机涡轮增压器排气涡轮在高温及废气气动载荷、离心载荷下的综合数值模拟研究,该数值模拟联合计算流体动力学和有限元分析进行顺序流固耦合传热分析。首先利用STAR CCM+精确模拟计算涡轮增压器排气涡轮的温度场、表面压力场、壁面传热系数分布,将其作为第三类边界条件和压力载荷映射到排气涡轮有限元模型上。通过ABAQUS进行稳态热传导数值模拟,计算出排气涡轮有限元模型网格所有节点的温度场和表面温度,将计算所得的温度场作为预定义场进行热应力分析,最后结合气动载荷和离心载荷进行综合应力分析。     

基于有限元法离心风机气动噪声预报研究

针对离心风机噪声试验研究成本大,产品设计生产周期长等问题,探究了离心风机辐射噪声数值模拟的准确性。基于声学有限元方法,采用数值计算与试验相结合的方式,通过FLUENT软件进行非定常计算得到声源信息,采用ACTRAN有限元法计算风机的气动噪声,并与试验值进行对比分析。研究表明,基频噪声仿真值与试验值分别为86.69,89 dB,误差在4%左右,总声压级分别为94.38,93.804 dB,误差为0.6%。因此声压频谱吻合较好,仿真值与试验值一致性较高,可以进行噪声预测。此外,对不同转速下风机对噪声的影响进行讨论,以验证预测分析的实用性。结果表明,叶轮转速升高,对其离散噪声的影响显著,随着叶轮转速提高,其压差变化越来越显著,所引起的旋转噪声越来越大,基频噪声升高了19.29 dB,声压级变化明显。因而,转速对离散噪声的影响较大,合理选择转速来控制噪声是一种简单有效的方法。通过上述研究的数值计算方法,可以一定程度上减小试验模型反复铸造、调试的时间和成本,为进一步优化风机气动噪声,降低噪声提供思路。     

后掠风力机叶片非定常气弹耦合模型与响应分析

后掠叶片外展段后掠,弹性轴与扭转轴分离,致使叶片非线性变形显著,气流沿叶片展向流动和气弹耦合特性增强。为精确分析后掠叶片的结构与气动之间的耦合关系,采用螺旋尾涡升力线模型结合修正的B-L动态失速模型,并计及积叠线瞬时变形对诱导速度的影响,计算非定常气动载荷;叶片结构部分通过超级单元将后掠叶片离散成多体系统,借鉴成熟的多体递归建模技术,实现转动叶片的高效组装与数值求解。通过模拟NREL 5 MW直叶片的稳态响应,验证计算模型的有效性与精度;然后分析5 MW后掠叶片,在变桨距和不变桨距情况下的非定常气动响应。数值仿真结果表明,该模型能有效地模拟后掠叶片非线性变形和非定常气动特性,能为新型降载增效后掠叶片的气动性能、疲劳载荷谱分析与结构优化设计提供有效数值分析方法。     

考虑装配误差的车门关闭力计算

针对由装配误差引起的车门关闭力预测不准确问题,提出了一种计算精确车门关闭力的方法。该方法首先建立车门关闭过程中各部件相应的力学模型,在影响关闭力大小的几个因素中以门锁为例,通过蒙特卡罗模拟得到车门装配过程中门锁位置误差的概率分布统计,然后在计算关闭力的数学模型中结合门锁位置装配误差,得到车门关闭力的概率分布结果,最后对样车进行关闭力测试,试验结果表明考虑装配误差的车门关闭力的计算精度明显提高。     

护风圈对发动机冷却风扇气动性能影响的CFD分析

本文采用Realizable k-ε湍流模型对发动机冷却风扇进行CFD模拟,计算了转速2000r/min时的风扇流量,研究护风圈对其气动性能的影响。在此基础上,利用宽带声源模型中的Curle噪声源模型对风扇流场中的噪声源分布进行了分析,并通过瞬态仿真分析护风圈对风扇噪声频率特性的影响。分析结果表明:安装护风圈可以提高风扇11.6%的流量,同时可以降低气动噪声。     

车门玻璃升降系统部件公差设计及优化

针对升降过程中车门玻璃与导槽密封条底部容易产生额外接触摩擦力的问题,运用VSA偏差分析软件,虚拟仿真分析了车门玻璃与导槽密封条装配间隙偏差。仿真偏差结果与实际车门玻璃升降系统三维模型装配间隙进行对比,发现该系统车门玻璃活动间隙过大,从而对玻璃升降系统中关键部件的公差进行了重新设计。重新设计公差后,再次对系统进行仿真,结果显示该系统车门装配间隙偏差值减小了,从而避免了车门玻璃与导槽密封底部额外接触摩擦力产生的情况。     

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.