基于Lighthill声类比理论的离心泵流动诱导噪声的数值模拟EI北大核心CSCD

基于Lighthill声类比理论,采用计算流体力学(CFD)和计算声学(CA)相结合的方法对离心泵内部声场进行了求解。首先采用SST SAS湍流模型对离心泵内部流场进行了三维非定常计算,并导出声源信息,然后在流场计算的基础上进行声学求解,比较研究声学边界元法和声学有限元法在应用时的优劣。结果表明:蜗壳隔舌附近压力脉动强度最大、声压级最高,叶片通过频率及其倍频是各监测点上压力脉动的主频,叶轮与隔舌间的动静干涉作用是离心泵流动诱导噪声的主要原因;随着流量的增加,总声压级逐步减小,在效率最高工况点上达到最小,随后上升,偏离效率最高工况点越多,宽频分量越明显;声学有限元法对离散噪声的预估比较有优势,能综合考虑湍流噪声的各种声源,对内流场宽频噪声问题的研究更占优势。     

基于大涡模拟的水下射流噪声计算方法分析

在前期对低马赫数下气动噪声计算方法的研究基础上,建立大涡模拟(LES)和Lighthil声类比水动力噪声混合计算方法,并通过参考文献中的水下射流声学实验结果对该方法进行验证。首先,参考试验模型尺寸建立三维模型,分别划分流场计算和声学计算所需结构网格,通过试算确定外流域大小和网格划分方式;接着,采用LES对射流流场进行计算,通过压差、压力脉动、速度不均匀度等指标对湍流流场特性和计算稳定性进行分析;随后,将流场计算结果作为声源项插值到声学网格,基于Lighthill声类比理论,对水下射流噪声进行计算;最后,对比水下射流声学试验数据与流噪声计算结果,验证和分析该混合计算方法计算水下射流噪声的可行性和正确性。结果表明,所建立的LES和Lighthill混合计算方法能较好地模拟水下射流噪声,可用于水动力噪声的研究。     

圆柱绕流噪声预报的流场与声场模拟方法对比研究

以三维圆柱为研究对象,使用Lighthill声类比法研究其绕流发声问题。第一步进行流场计算,分别用大涡模拟(LES)、脱体涡模拟(DES)和瞬态雷诺平均法(URANS)模拟声源区流场,通过对比流场压力和涡量等参数,据此选取合适的流场仿真方法;第二步用基于Lighthill方程FW-H积分法和边界元法预报远场直发声,通过和Revell试验结果比较,分析各种计算方法差别。研究表明:进行流场仿真时LES计算结果最好,IDDES法在保证计算精度条件下能有效减少流场网格数量,URANS法误差很大;进行辐射噪声预报时,FW-H积分法和边界元法基本相同。     

大涡模拟预报螺旋桨辐射噪声的三种声学方法

螺旋桨噪声是船舶的三大噪声源之一,研究螺旋桨的噪声现象具有很大的现实意义。首先划分了螺旋桨的结构化网格,进行了网格收敛性分析,然后采用大涡模拟方法计算螺旋桨水动力。在噪声计算中采用了FW-H方程、结合Virtual lab的旋转偶极子辐射、涡声方程三种方法进行预报,并与换算到自由场的试验结果进行对比分析。结果表明,采用大涡模拟可以预报螺旋桨的辐射噪声,三种方法均满足工程应用需求。     

旋进射流流动的大涡模拟

分析了基于流体附壁效应而自激产生的旋进射流的流动特征,采用大涡模拟(LES)方法研究了射流喷嘴内部的流场.数值模拟得到了流场的速度分布和压力分布,比较了膨胀比、长径比等喷嘴结构参数以及雷诺数对旋进射流流动的影响.数值模拟表明旋进射流的轴向流动速度衰减得很快,流场中存在明显的旋流、附壁效应和反向回流现象,所得到的结果与已有的分析结论基本吻合.     

高速列车气动噪声Lighthill声类比的有限元分析

随列车行驶速度逐年提高,气动噪声源逐渐超越轮轨噪声成为高速列车最主要噪声源。通过ACTRAN - Aeroacoustics建立基于Lighthill声类比理论的高速列车气动噪声CFD/CAA混合数值分析模型。计算并讨论非定常流场与气动声场计算结果,并分析此数值模型可以进一步完善的一些重要方面。目前数值模拟结果表明列车高速行驶状态气动噪声源主要集中在与车身气动外形密切相关的三类位置上,且通过当前模型可以有效剖析列车车身气动外形设计对气动噪声的影响以及相应的高速列车低噪音优化途径。     

流激格栅孔腔自噪声特性数值计算研究

当水流流经水下航行体表面开孔时会产生随机的压力脉动并辐射噪声,为了研究流激水下航行体表面开孔自噪声特性和近场辐射噪声特性,基于大涡模拟和声学类比相结合的数值计算方法建立了数值预报模型,通过与文献中试验对比辐射噪声的一阶主频和二阶主频,验证了数值计算方法的有效性。基于建立的流激带格栅短开孔浅腔自噪声及辐射噪声预报方法,开展了有无格栅以及两种格栅类型对孔腔内流场特性、格栅处压力脉动声压级、距孔腔中心1 m处辐射噪声和去流段湍流压力脉动波数-频率谱的影响研究。结果分析表明,在该研究工况中无格栅孔腔内自噪声较小,格栅对辐射噪声有明显抑制效果,而倾斜格栅的抑制效果较好。     

基于特征线分离算法的大涡模拟

将基于特征线的分离算法与大涡模拟相结合,推导了不可压流大涡模拟有限元离散方程组,并将该方法应用于三维流场的层流及湍流非定常计算。将不同雷诺数下的三维顶盖驱动空腔流动计算结果与实验数据以及直接数据模拟结果进行对比,吻合较好,验证了方法的可靠性和准确性。     

活动靶标模拟声特性与反射声特性的差异及其影响

本文从理论上分析计算了典型的大口径活动靶标的目标散射回波机理和目标强度值,探讨了其对模拟声学特性的影响.研究结论认为,靶标航行体产生的目标强度具有强烈的方位"收敛"特性,除正横方位外散射回波都很弱,几乎淹没在混响背景里,攻击武器在远、中场时多处于侧尾追方位,靶标的弱散射回波不会对其产生影响,在近场,则由于攻击武器已由探测跟踪阶段转为攻击过靶阶段,靶标自身的散射回波影响也变的没有意义.     

圆柱高Re数绕流特性的大涡模拟研究

采用大涡模拟方法研究了圆柱在Re=4.1×104下的绕流场,预测了圆柱表面的脉动压力平均值和RMS值,得到了与试验报道接近的阻力系数平均值和升力脉动RMS值,以及涡脱St数,表明了大涡模拟的有效性。揭示了圆柱涡脱的空间不同步和涡脱频率随时间的变化特征,以及涡脱能量的有限频率带宽分布;分析了圆柱表面θ=90°和θ=270°点脉动压力时程的统计特性,表明脉动压力的能量均集中在圆柱的漩涡脱落频率上。提出了基于θ=90°和θ=270°点脉动压力时程的互相关系数和RMS值,合理估算圆柱截面脉动升力RMS值的公式;基于圆柱表面脉动压力时程的相干性分析,揭示了圆柱升力和阻力产生的流动机理。     

基于声音特征的隧道衬砌空洞识别方法研究

目前隧道衬砌空洞检测以人工敲击判断为主,检测过程中由于受到检测人员水平、注意力等主观因素影响,检测结果存在较大不确定性,因此有必要研制一种智能化的检测装置实现空洞自动识别。文章开展了衬砌空洞敲击回声智能识别算法研究,通过提取隧道衬砌冲击回波的梅尔倒谱系数(Mel Frequency Cepstral Coefficient, MFCC)作为特征,针对敲击回声脉冲信号长度不一的特点,提出了变帧长MFCC优化算法,并面向小样本条件,建立了支持向量机(Support Vector Machine, SVM)的识别模型。试验结果表明,该模型对衬砌空洞识别准确率可达89.9%。     

基于声学黑洞的复合隔声结构声学特性研究及试验

声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)能够实现声波的聚集,通过粘贴阻尼层将其聚集的能量耗散,可有效降低声学黑洞复合结构的振动和声波的传递。针对中低频段噪声,设计了声学黑洞复合隔声结构,建立了其隔声量计算模型。研究了声学黑洞复合隔声结构的黑洞数量、黏弹性阻尼层、声学黑洞半径等参数对隔声性能的影响。研究结果表明：在160~1 000 Hz频率范围内,ABH能明显增加复合隔声结构的隔声性能,其传递损失在1/3倍频程内增加了1.9 dB。文中的研究结果为复合隔声结构的设计提供了借鉴。     

不同雷诺数下圆柱绕流气动噪声数值模拟

基于大涡模拟和声类比相结合的混合方法对不同雷诺数下二维圆柱绕流的远场气动噪声进行预测.预测值与试验数据吻合良好.根据预测结果分析圆柱绕流气动噪声的声场特性,研究流场振荡规律对远场噪声的影响和圆柱绕流气动噪声的辐射特性,并寻找降低圆柱绕流气动噪声的途径.结果表明:随着雷诺数的增加,远场各测量点的总声压级增大;声场的最大声...     

水下高速目标航行参数遥测技术研究

对于高速、强机动的水下目标来说,其航行参数信息的实时遥测具有重要意义。水声信号的多普勒频移估计与补偿是水声遥测的关键技术之一,它直接影响着水声遥测的效果与性能。针对双曲线调频信号及线性调频信号进行仿真分析,对比在相同情况下的多普勒频偏可补偿性,仿真实验证明双曲线调频信号具备较高的多普勒容限,其时延值估计精度可达到1μs。结合工程实际,采用双曲调频信号与单频信号组合的方式进行水声遥测,充分发挥双曲线调频信号的多普勒不变性和单频信号对多普勒频移的敏感性,在获得较高定位精度的同时,也具备高精度的水声遥测功能。该组合信标信号经过湖上试验验证,具有遥测精度高、误码率低、易于实现等优点,可直接应用于相关水声工程中。     

细颗粒物声波团聚的微观机理研究

为拓展声波团聚机理,对声波团聚过程中的声流与声涡作用进行了理论和实验研究。利用声流测试系统,发现在0～1 kHz低频与5 kHz高频时,团聚室内声流现象较为明显;并通过可视化测试,在7 kHz高频时观察到明显的漩涡。结果表明,流场中的声流与声涡对颗粒团聚会产生很大的影响,声流或声涡越强,团聚效果越好。在0～1 kHz低频与5 kHz高频时,声流产生的切应力带动气溶胶颗粒发生碰撞团聚;高频时声涡力矩较大,其产生的轨道角动量带动粒子发生圆周和自旋运动;当声压级大于132 dB时,声涡团聚开始发挥作用,与声流一起促进颗粒团聚,且声压级越大团聚效果越强;与波节相比,波腹处的声流速度更大,声涡现象更明显,团聚效果也更好。     

基于声比拟的压力管路阀门内漏噪声数值预报研究

阀门内漏对压力管路系统安全运行具有很大危害。基于声比拟理论,使用Fluent软件分别进行稳态及非稳态计算,获得阀门内漏的流场和声场特性。研究了管内介质、工作压力、横向距离以及阀门泄漏度对阀门内漏噪声的影响。通过实验对数值模拟方法的正确性进行了验证。研究表明,阀门内漏流场旋涡与噪声直接相关。阀门内漏的声场信号为宽频随机信号,气阀内漏声场强度大于水阀,声压级随工作压力的增大而增大,并且随阀门泄漏度和阀后横向距离先增后减。研究结果可为阀门内漏的噪声预报以及阀门内漏检测提供借鉴。     

突扩膨胀射流冲击换热与流动的数值模拟

采用大涡模拟模型对突扩膨胀射流冲击平板的传热特性及喷嘴内部流场进行数值模拟,得到不同进口Re数,不同膨胀比情况下喷嘴内部流场和射流冲击平板时的换热效果,分析了不同进口Re数、膨胀比E、冲击高度H/d对换热和流动的影响.研究表明,与直喷嘴进行对比,由于膨胀喷嘴射流与周围介质的掺混、渗透作用使射流的流速大大降低,最大速度偏离几何中心,使得换热效果减弱,对加热平板的冷却具有不对称性,但使得整个换热板的平均冷却效果更加均匀.     

一种声速-位置联合估计的水声导航定位方法

长基线水声导航定位方法利用各信标到水下航行器的信号传播时间和等效声速来估计水下航行器的位置,但各信标到水下航行器的等效声速估计存在误差,导致定位误差较大,且随着导航距离的增加,定位误差呈增长趋势。针对这一问题,提出了一种基于粒子滤波的水声导航定位方法,将等效声速和水下航行器的位置作为估计状态参量,通过测量信标信号到水下航行器的传播时间,建立粒子滤波模型对其位置进行估计,准确地估计并跟踪等效声速变化,从而提高定位精度,减小估计误差。仿真结果表明,在水下航行器初始位置未知的情况下,与常规方法相比,文中所提方法的定位精度提高了4倍左右。     

汽车天窗风振噪声分析与优化控制

运用大涡模拟(LES)和FW-H声学模型,对某轿车天窗开启工况下风振噪声特性进行了数值仿真,揭示了天窗风振噪声的产生机理。在对轿车天窗风振噪声特性研究的基础上,引入现代优化算法,设计目标为降低驾驶员右耳及乘员左耳的噪声加权值。首先,选取某轿车的天窗开槽导流板作为优化对象,将导流板安装角度、开槽宽度及开槽深度定义成设计变量,通过设计实验选取20个样本点,采用kriging模型建立近似模型,并利用多岛遗传算法进行优化设计,获得了理想的导流板参数。仿真结果表明,优化后的导流板相比初始导流板,在监测点处其风振噪声的声压级降低了21.6%。     

基于空腔流动特性的汽车侧窗风振噪声控制方法研究

利用简单空腔模型对串联空腔控制风振噪声方法进行了机理分析,得出抑制空腔噪声主要通过气流导出效应和能量耗散效应的结合。基于此机理,提出了一种汽车侧窗风振噪声的控制方法,即在B柱上开凹槽,使凹槽和后窗开启时的车内空间形成一个串联空腔。采用大涡模拟(LES)的计算方法对其进行数值模拟,结果表明开凹槽后可以有效的抑制风振的产生。并对凹槽的尺寸进行了优化研究,计算结果表明L/D=4凹槽的降噪效果最明显,最大降幅达到14dB。