车门装配面差对气动噪声影响的数值分析

采用CFD数值模拟方法研究某七座汽车车门装配面差对气动噪声的影响。首先通过标准k-ε湍流模型进行稳态计算,分析了气动噪声声功率级随风速的变化规律,验证出噪声源为偶极子声源。然后以稳态计算结果为基础,运用大涡模拟(LES)和FW-H声学模型进行瞬态气动噪声数值模拟计算,分析得出:车门装配面差在2mm以内,气动噪声总声压级变化较小,之后明显增大。最后通过实验与数值仿真进行对比分析。结果表明:数值仿真与实验结果基本吻合,所用数值分析方法可用于指导面向气动噪声控制的面差设计的合理范围。     

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。     

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.     

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。     

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.     

高速列车受电弓气动噪声降噪

基于Lighthill声学理论,采用宽频带噪声源模型、大涡模拟和Ffowcs Williams-Hawkings声学模型对某型高速列车气动噪声进行数值模拟,建立3节编组高速列车整车气动噪声模型,分析该型高速列车的主要气动噪声声源及远场气动噪声特性,并以受电弓为主要气动噪声源进行降噪研究,主要考虑受电弓的开/闭口方式、不同受电弓导流罩结构、受电弓导流罩不同安装位置等主要噪声源部位处的低噪声设计。基于以上分析,得到低噪声的高速列车受电弓结构,较原始高速列车其最大声压级减小3.1 dBA,达到低噪声设计目标。且通过风洞试验验证了所提出的高速列车气动噪声计算方法的有效性和正确性。     

基于统计能量分析的高速列车车内气动噪声研究

为研究高速列车车内气动噪声特性,利用统计能量分析方法构建包括422个车体结构子系统及170个车内声腔子系统的高速列车车内气动噪声计算模型。通过理论公式计算各个子系统的模态密度和内损耗因子,以及不同子系统之间的耦合损耗因子,通过大涡模拟方法计算各个车体结构子系统的湍流边界层输入激励,进而计算分析高速列车车内气动噪声。计算结果表明:各个车体结构子系统的脉动压力谱随着频率的增加呈现减小的趋势。随着车速的增加,各个频率下的高速列车车内气动噪声均增大。高速列车车内气动噪声的线性计权声压级具有明显的低频特性,而A计权声压级的显著频带范围较宽。司机室声腔A计权声压级的显著频带范围是100~2 000 Hz,乘客室声腔A计权声压级的显著频带范围是50~2 000 Hz。高速列车车内气动噪声的线性计权声压级和A计权声压级均与车速的对数近似呈线性关系。     

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。     

螺旋桨三维积冰对气动特性影响的数值研究

为提高中小型无人机在螺旋桨结冰条件下的飞行能力,降低积冰对气动性能的危害,对比分析了其在不同速度采用考虑离心力的旋转部件欧拉-欧拉法两相流模型及旋转表面薄水膜流动三维积冰模型,对螺旋桨表面积冰进行三维数值模拟研究.对2714型螺旋桨进行了速度-转速匹配,对比分析了不同速度-转速匹配下对螺旋桨表面积冰的影响,以及螺旋桨积冰的流场分布情况和结冰前后螺旋桨设计点后方空间的速度变化,并引申到螺旋桨推力的变化.研究结果表明:随着速度-转速的增大,积冰量和冰层厚度增大,积冰轮廓向下游发展成角状冰;结冰后螺旋桨表面附近流场变得更加紊乱,尤其形成角状冰后出现明显的回涡流.结冰后螺旋桨设计点后方气流速度减小,推力随之下降,气动性能受到影响.     

高速列车受电弓气动噪声特性研究

为研究高速列车受电弓气动噪声特性,利用大涡模拟方法计算高速列车受电弓表面脉动压力,并将其作为远场声场计算输入;利用Lighthill声学比拟理论计算高速列车受电弓远场气动噪声,并研究其声压级特性、频谱特性及速度依赖规律。计算结果表明:高速列车受电弓气动噪声的声压级在纵向方向上变化较大,最大声压级位于受电弓后方横截面上;声压级在距轨面0.5~5.0 m的垂向方向上变化较小,最大差异在0.5 d B以内;声压级在距轨道中心线7.5~30 m的横向方向上发生衰减,且不同车速下声压级衰减12.0~12.3 d B。通过频谱分析发现,受电弓气动噪声的主要能量分布在100~700 Hz,主要频率随车速增加往高频部分移动;受电弓气动噪声的功率谱密度随测点距轨道中心线距离的增加显著减小,但其主要频率基本不发生变化。受电弓气动噪声声压级随着车速的增加而显著增大,且与车速的对数近似成线性关系。     

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.     

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。     

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。     

轴流式通风机离散噪声的大涡模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)和计算声学(CAA)相结合的方法,对轴流式通风机的离散噪声进行了数值模拟。在定常流动数值计算的基础上,利用宽频声源模型确定了轴流风机主要气动噪声源的位置;采用大涡模拟(LES)方法结合FW-H声学模型,模拟了轴流风机的离散噪声分布。研究结果可为低噪声轴流风机参数优化和结构设计提供参考。     

螺旋桨前掠翼模型气动特性数值模拟

前掠翼与串置翼各自具有独特的气动和结构优势,螺旋桨滑流对其的气动影响作用需要分析研究。基于一种螺旋桨动力串置前掠翼布局模型,螺旋桨直径0.232 m,应用UG和ICEM CFD软件,划分大小流动区域并考虑壁面粘性附面层特点,构建三维模型的结构/非结构混合网格模型。应用FLUENT软件,对无螺旋桨时模型的低速纵向气动力进行数值模拟,在飞行马赫数0.3和5°攻角时模型升阻比获得最大为7。在最大升阻比状态下,考虑前置螺旋桨工作的影响,数值模拟螺旋桨滑流作用下模型的低速气动力特性,螺旋桨转速24638r/min,发现旋转滑流对前后翼都有降低绕流逆压梯度作用,前翼和后翼压差载荷均有所增大,模型总体升力相应提高。     

基于CFD的螺旋桨敞水性能数值分析与验证

根据螺旋桨的投影原理及其型值参数,建立螺旋桨的三维模型。运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)理论,采用分区混合网格方案,结合雷诺时均纳维斯托克斯(Reynolds-averagednavier-stokes,RANS)方程和三种不同的湍流模型对螺旋桨三维粘性流动进行数值模拟。所采用的网格划分方法具有网格数量少、质量高的特点。计算结果得到螺旋桨的推力系数、转矩系数以及尾流场的速度、压力分布等水动力特性参数,预报值与试验数据吻合较好,验证了数值方法的正确性,且说明雷诺应力模型(Reynolds stress model,RSM)这种湍流模型更适合螺旋桨粘性流场的数值计算,具有较高的预报精度,为复杂旋转机械粘性流场计算中湍流模式的选取提供参考意见。通过对螺旋桨敞水性能的分析,得到螺旋桨粘性流动所特有的流动分离、梢涡的形成与结构以及尾流场等一些重要现象和特征,为螺旋桨噪声、振动的研究和新型高效推进器的设计提供理论指导和技术支持。     

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。     

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.     

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。     

发动机冷却风扇总成气动噪声数值预测

以发动机冷却风扇总成为研究对象,采用CFD和CAA分步耦合方法进行气动噪声预测。考虑风架对流场的影响,通过大涡模拟(LES)进行瞬态计算捕获风扇表面压力脉动。考虑风架护风圈对声传播的影响,建立声学边界元模型(BEM),对冷却风扇总成气动噪声进行三维声场预测与声压频谱分析。最后进行噪声试验,结果表明发动机冷却风扇总成气动噪声数值预测准确,可为低噪声设计提供参考。