车辆冷却风扇模块气动噪声数值研究

采用计算流体力学(CFD)/计算气动声学(CAA)混合方法对冷却风扇模块气动噪声进行数值研究。考虑风架对空气流动的影响,在定常计算的基础上采用动力Smagorinsky亚格子应力模型的大涡模拟(LES)进行非定常计算捕捉声源信息。基于叶片噪声的Lowson公式,采用声学边界元方法(BEM)对冷却风扇模块气动噪声进行预测。最后,将计算结果和试验结果进行对比。结果表明:冷却风扇模块声场轴向偶极特征明显;接收点处声压级随流量的增加而增加;出风口声压级较进风口大;离散噪声是冷却风扇模块气动噪声的主要成分;宽频噪声分布均匀且相对较小。计算结果和试验结果吻合较好,验证了CFD/CAA混合方法的预测作用,可为声优化提供参考。     

两种空调器室外机组风扇的流场和噪声实验研究

针对国内空调器室外机组风扇气动性能差、噪声高的特点，进行了日本三菱电机空调器和国内某品牌空调器室外机组用风扇气动性能和噪声实验研究。利用风机性能实验台测量了两种风扇的特性，用热线风速仪测量了两种风扇出口同一位置的流场参数分布，用噪声测武装置测量了两种风扇的噪声。实验结果表明，在满足同样的使用要求的前提下，国内某品牌空调器室外机组用风扇的性能明显低于日本三菱电机空调器用风扇的性能。通过实验研究，能够发现空调器室外机组高噪声的原因及解决的方法。     

某SUV型汽车后视镜气动噪声数值仿真

为有效降低汽车气动噪声,依据声类比思想将气动噪声计算分成流场和声场计算,采用全域与子域分步计算流场和ACTRAN计算声场相结合的方法对某SUV型汽车后视镜的3种方案的气动噪声进行数值仿真,得到车外流场与车内外的声场及声压级频谱曲线,分析流场云图和声压级频谱曲线的变化规律.结果表明:方案III的后视镜因边缘凸起改善了侧窗外流场湍流脉动压力、漩涡和声源位置分布,减少了后视镜通过侧窗传播到车内的噪声.数值仿真结果与实验测试结果吻合较好,验证了方法的正确性.该方法可优化车内声场的分布,提高司乘人员舒适性.     

改进螺旋桨敞水性能预报的泰勒展开边界元法

为了提高螺旋桨叶敞水压力分布预报精度,本文利用基于源偶混合分布的常值面元法以及零阶和一阶泰勒展开边界元法预报船舶螺旋桨的定常水动力性能。对于常值面元法,使用Yanagizawa发展的插值方法求得物体表面上的速度分布;零阶泰勒展开边界元法通过直接求解速度势并对格林公式诱导获得速度分布;一阶泰勒展开边界元法则将诱导速度作为未知量直接求解。用3种方法预报了普通桨和侧倾桨的敞水性能以及螺旋桨盘面压力分布情况,数值结果表明零阶和一阶泰勒展开边界元法精度较高,改进了螺旋桨扭矩预报精度;同时一阶泰勒展开边界元法有效降低了导边及随边处压力分布预报的误差。     

转子分段斜极对永磁同步电机电磁噪声的削弱影响

为了削弱由齿谐波引起的电磁力谐波从而有效抑制电机的电磁噪声,推导转子分段斜极的径向电磁力波的解析式,分析分段斜极对永磁同步电机电磁噪声的抑制机理,讨论不同斜极分段数与削弱的齿谐波阶次之间的关系. 基于MANATEE仿真平台,对48槽8极永磁同步电机进行不同斜极分段数下的径向电磁力波和电磁噪声仿真分析,得到斜极分段前后主要阶次的径向电磁力谐波在不同斜极分段数下的变化规律,分析分段斜极对电磁噪声的影响. 研究结果表明：当齿谐波阶次为分段数的整数倍时,转子斜极无法削弱该阶齿谐波;当为非整数倍时,该阶次的齿谐波可以得到有效抑制,电磁噪声明显下降. 样机的实测噪声与仿真结果基本吻合,验证了转子分段斜极降低电机噪声的机理及仿真分析的正确性.     

高速列车转向架区域气动噪声源识别与分析

高速列车转向架区域为其主要气动噪声源之一,迄今为止较难描述高速列车气动噪声源特征,鲜有有效的声源识别方法。利用高速列车转向架区域以偶极子声源为主的声源特征,将气动声源等效为无数个球形声源的集合,基于声辐射与声源,声源与流场物理量之间的关系,结合流体数值仿真,建立高速列车偶极子声源识别方法,并聚焦头车转向架区域进行声源识别。同时,以涡声理论为基础,建立偶极子声源强度和流场多物理量的关系,分析流场产生声源的本质。研究表明,偶极子声源集中的位置多为迎风侧气流与壁面发生激烈作用的位置,气流与壁面发生撞击与分离是产生偶极子声源的主要原因,且在该区域涡量的变化对偶极声源强度影响最大,在不同区域,不同方向的涡量分量在起主导作用。     

航空电机自冷风扇安装效应气动影响研究

随着多电/全电飞机发展，飞机二次能源电气化程度越来越高。作为电气系统核心部件的电机呈现出小体积、高功率密度的趋势，紧凑电机的散热问题越发严重，自驱风扇冷却系统目前被航空电机广泛使用。以某型航空起发电机轴流风扇冷却系统为研究对象，采用三维计算流体仿真方法分析了孤立风扇以及电机安装后风扇-电机耦合模型中风扇流场和气动特性变化，同时还研究了风扇与电机轴向间距变化的气动性能影响。计算结果表明，电机与风扇部件之间的紧密耦合极大影响了风扇内的流动结构，使得风扇出口截面产生畸变势影响，风扇流场出现叶根回流和叶中通道涡以及角区分离面积扩张，并且随着电机与风扇轴向间距的增加，电机对风扇内流动的影响逐渐接近为流量堵塞效果。     

基于多向电磁力的永磁同步电机电磁噪声分析

针对电机电磁噪声分析中主要关注径向电磁力而忽略电磁力分量,造成分析精度不准确的问题,对某8极24槽车用永磁同步驱动电机进行电磁仿真分析,得到电机磁场以及电磁力分布. 在电机定子模型上分别单独加载径向电磁力和综合加载径向、切向及轴向三向电磁力,对比分析电磁噪声. 采用边界元法计算电机电磁噪声,通过试验验证仿真分析的准确性. 建立电机参数化结构模型,分析不同定子槽口宽度和磁体圆角半径对径向和切向电磁力以及电磁噪声的影响. 结果表明,切向电磁力对电磁噪声有一定程度的影响,且加载径向、切向及轴向电磁力的电机定子模型更加真实可靠;合理减小定子槽宽和磁铁圆角半径可以有效降低电机电磁噪声.     

非空泡螺旋桨低频线谱噪声时域预报方法

针对非空泡螺旋桨的低频线谱噪声特点和数值处理方法,用基于速度势的面元法和噪声时域预报方法进行了研究.用面元法对非均匀流场中的螺旋桨非定常压力分布进行计算,将计算得到的压力时域信号输入到噪声积分方程中,可以得到螺旋桨诱导的噪声声压,该方法直接将噪声源分布在真实的螺旋桨表面而非螺旋桨的拱弧面,对噪声源和观测点的距离没有作任何近似,并可以考虑桨毂对噪声声压的影响.通过对计算结果的比较和分析,说明在非空泡条件下,桨叶厚度、桨毂负荷和桨毂厚度引起的噪声声压非常小,对螺旋桨低频线谱噪声总声级的贡献可以忽略不计,高阶叶频声压级比一阶声压级明显要低,一阶叶频声压级在桨轴方向上最大,在桨盘面方向最小.     

大涡模拟-Lighthill等效声源法的空腔水动噪声预测

为了考察空腔产生的水动噪声,对气动声学理论与研究方法进行了分析,确立了大涡模拟-等效声源混合法.利用大涡模拟计算空腔非定常流动的流场结构,基于有限元/无限元法利用变分形式的Lighthill声类比方程进行声场的求解.利用该混合法考察了雷诺数为1.2×105的空腔算例频域内噪声的辐射特性,基频值的预测结果与文献基本一致,低频纯音的远场辐射具备指向性,沿上游方向辐射能量较高,高频宽带噪音的传播不具指向性.     

不等极弧结构永磁同步电机噪声和转矩特性

对转子采用表贴式不等极弧结构的车用永磁同步电动机的转矩和噪声特性进行综合分析.通过试验测得其在有风扇和无风扇负载运行时的噪声频谱,诊断噪声源的主要频率成分.根据离散傅里叶分解理论,推导出单极极弧系数不等和相等2种结构下转子磁动势的谐波分布,得到单极极弧系数不等结构电机主要电磁力波的幅值和频率.结果表明,单极极弧系数不等结构虽然有效地降低了齿槽转矩幅值,但同时引入了更多的转子磁动势谐波分量;当转子结构对称时,转子永磁体磁场只存在奇数次谐波,而当转子结构不对称时,不但会产生偶数次谐波分量,还可能会出现分数次谐波分量,使径向电磁力波幅值增大,从而导致电机振动噪声特性变差.通过有限元计算证实了理论推导的正确性,并总结了原方案电机电磁噪声较大的原因.     

齿形尾缘小型轴流风扇的气动性能研究

小型轴流风扇是计算机散热的主要部件,其通风量和噪声等会直接影响计算机的正常运行和寿命,散热风扇的高性能和低噪声已成为计算机配置的关键问题之一.为此,设计了一种尾缘齿形化小型轴流风扇,该风扇齿形从叶根到叶顶由密到疏分布.并用流体力学软件对尾缘齿形化小型轴流风扇进行静态特性和声学性能模拟,对其进行流场和气动声学分析.结果表明:尾缘齿形化后对小型轴流风扇的静态特性基本没有影响,但在大流量下,效率比原型风扇低;对叶顶间隙和出口区某点的噪声监测发现叶顶间隙处的噪声基本没有变化,而出口区的噪声降低很多;尾缘齿形化后的转子表面的声功率级比原型风扇低,且低声功率级的区域比原型风扇大.     

声屏障插入损失影响因素及降噪机理研究

为了分析高速铁路户外噪声的降噪机理和降噪效果,采用二维边界元法建立高架桥铁路声屏障噪声预测模型,分析不同因素对降噪性能的影响.基于试验结果,对有、无声屏障时的声场分布、场点声压时间历程及频谱特性、插入损失特性及其与速度的线性拟合关系进行探讨,分析声场分布特征和速度对降噪效果的影响.根据场点主要频率,采用边界元法和高速铁路户外噪声仿真模型对吸声系数、声屏障厚度、高度、倾角及面板结构形式等影响因素的降噪机理和降噪效果进行调查分析.分析中,分别考虑以上因素对声场分布、场点声压级及频率特性变化规律的影响.研究结果表明,声屏障采用鼻型结构、外倾30°时的降噪效果最好.     

鸮翼后缘噪声的预测及控制

基于鸮翼的仿生翼型可用于揭示鸮翼的噪声产生机理。通过大涡模拟给出仿生翼型的流场,从中发现由前缘分离引起的两个声源分别为再附着的湍流边界层和从气泡中分离出来的涡脱落。由此可知,低雷诺数下的鸮翼宽频噪声是由湍流边界层散射导致的。之后,将被动多孔技术用于仿生翼型的后缘,在静压场中证实了多孔后缘缓解瞬态压力变化的作用。相关的噪声频谱也表明,多孔后缘具有高达10dB以上的降噪潜力,但是降噪的幅度依赖于流阻率。     

基于声波除灰的单排管阵列声场特性分析

基于边界元法,以单排管阵列为模型,运用ANSYS软件建立边界元模型,用振动—噪声分析软件SYSNOISE模拟计算了在不同位置的点声源激励作用下,管壁表面声场分布特性及指向性;通过计算场点,得出管阵列周围和远场的声场分布特性图。计算结论对于声波除灰技术的发展及应用均具有实际意义。     

轻型客车侧窗区域气动噪声的数值模拟与验证

应用商用计算流体软件Star-CD,计算了某轻型客车外部非定常流场及其侧窗区域的气动噪声。通过稳态雷诺平均那维尔斯托克斯方法获得气流分离区的分布并预测气动噪声声源位置。采用分离涡模拟方法与计算气动声学方法获得非定常流场特性与侧窗区域监控点的气动噪声声压级。采用激光粒子测速试验结果验证了数值模拟方法的正确性。从非定常气流分离现象和涡流结构特征角度解释了气动噪声产生的主要原因,研究结果有助于在汽车开发早期阶段降低气动噪声。     

轮胎花纹泵浦噪声分析及低噪声轮胎花纹设计

以载重子午线轮胎295/80R22.5为研究对象,建立了分析有限元模型.利用ABAQUS模拟轮胎在路面上滚动的过程,获取接地区域花纹沟体积变化情况,以此作为轮胎泵浦噪声的分析边界条件.然后建立了花纹沟泵浦噪声分析模型,利用流体力学方法（Computational Fluid Dynamics,CFD）对花纹沟的流场特性进行分析.基于FW-H方程,应用LMS声学软件计算花纹沟的泵浦噪声,并确定花纹沟的声源位置.结果表明,花纹沟泵浦噪声主要由花纹沟壁面所受到的动态压力引起,在低马赫数下,偶极子声源占主要成分.在此基础上,提出了花纹降噪结构,花纹泵浦噪声降低了1.73 dB;结果表明,花纹沟壁面的动态压力与花纹的泵浦噪声有明显的相关性.     

Bezier曲面三角形边界元法及其在特高压绝缘子串电场计算中的应用

为了在用边界元法计算三维静电场电位和电场分布时能够得到较精确结果,提出了Bezier曲面三角形边界元方法.该方法用ANSYS建模和二阶剖分,利用剖分得到的节点坐标信息和面积坐标系下对应的Bernstein基函数构造双2次Bezier曲面参数方程,再利用面积比值法构造对应于Bezier曲面顶点节点的形状函数,由Bezier曲面参数方程和形状函数可得到Bezier曲面边界元方程.以计算导体球的电场和电位分布为例进行验算,由计算结果可知:在计算相同剖分节点的情况下,Bezier曲面三角形边界元法比一阶平面三角形边界元法具有更高的计算精度.最后,将Bezier曲面三角形边界元法应用于特高压绝缘子串的电场计算.     

多孔介质对厢式货车气动特性的影响

为探究多孔介质影响厢式货车气动特性的机理,采用数值仿真的方法对多孔介质布置前后的厢式货车的外部流场进行分析,得到两种情况下该车的气动阻力系数、表面压力及壁面剪切力分布、涡量、涡量耗散率等气动特性,并结合风洞试验,分析其减阻机理。对比分析多孔介质布置前后各工况的流动特性与气动阻力系数,实验结果表明:布置多孔介质后,可明显改善货箱压力场及剪切力分布,减小分离涡对厢式货车周围流场的影响,从而降低气动阻力,验证了多孔介质材料应用于气动减阻的可行性。     

KFR70-LW/Bd空调器室外机组流场试验分析

首次介绍了采用热线风速仪测量分体式房间空调器室外机组内外流场的方法和流场测试结果。以KFR70－LW／Bd某型空调器室外机组为测试对象进行了流场分布测试。根据测试数据，详细分析了风扇进、出口的气流速度的分布，为空调器室外机组换热器的性能研究、提高制冷效率、降低气动噪声提供了有效的技术支持。