巡航状态下泵喷推进潜艇流场与声场特性研究

为研究巡航状态下泵喷推进潜艇流场和声场的分布规律,本文基于分离涡模拟湍流模型进行全流域非定常数值计算,运用声学有限元方法预测流动诱导噪声。试验研究在循环水槽试验台进行,采用水听器和推力采集系统测试噪声和推力信息。结果表明:外流场对喷流流场的影响随航速的增加而减弱,泵喷内部存在流道堵塞现象;叶轮噪声为最主要的流体动力噪声源,其频谱特性与压力脉动的频谱特性相似;过流壁面噪声声压级在子午面呈偶极子分布,而喷流噪声在弧矢面分布有一定的均匀性,在子午面上沿喷流方向存在极大值。研究揭示了巡航状态下泵喷内部的复杂流动过程和各类流动诱导噪声分布规律,为高效低噪的泵喷推进器设计和性能优化提供了一定的理论基础和技术支持。

基于Lighthill方程的球阀气体内漏喷流声场数值模拟

建立考虑喷流扰动速度影响的Lighthill气动力声学方程。采用二阶加权平均中心差分隐格式方法,对不同内漏间隙下球阀气体内漏喷流声场进行了数值模拟。数值模拟结果表明,球阀内漏喷流流动伴随喷流噪声的产生。对于球阀结构,在发生内漏时存在二次截流,二次截流点为喷流噪声强度最高的位置。球阀通孔与阀体通道形成的过流空间是喷流噪声最强的区域。球阀下游流道喷流噪声强度要高于上游。模拟结果为球阀内漏声学检测提供了依据。

闸阀气体内漏喷流声场的数值模拟

以Lighthill气动声学方程为基础，采用时域差分方法，对不同开度下的闸阀气体内漏喷流声场进行了数值模拟。数值模拟结果表明，内漏喷流噪声在气流喷柱扰动和闸阀内壁反射的影响下，具有很强的方向性，下游声场强度要比上游大15～30dB，在扩压腔产生最大声强。模拟结果为阀门内漏的声学检测提供了依据。

电站锅炉炉管泄漏数值模拟及定位算法研究

针对电站锅炉炉管泄漏点精确定位问题,对泄漏喷流形成的流场和声场进行了数值模拟.将通信工程中的Chan算法引入到炉管泄漏定位检测中,分别在空旷环境、实验室环境、模拟炉膛常温无噪声环境和模拟炉膛常温高噪声环境下进行了实验研究.结果表明:泄漏喷流流场轴向速度是引起泄漏声波传播扰动的主要原因,远场的噪声辐射具有指向性特征;在孔口部区域声功率级最大,且声功率级沿对称轴方向随与喷口距离的增大而逐渐扩散衰减,泄漏声场的强度随孔直径的增大而增强;相同孔直径、不同泄漏蒸汽工况下的声功率级基本相同;通过Chan算法对泄漏进行定位,定位结果误差在工程允许误差范围内,定位精度较高.

喷管尺寸对火箭发动机喷流噪声影响研究

为了研究喷管尺寸对火箭发动机喷流噪声声场分布的影响规律,采用LES与FW-H相结合的方法,针对不同喷管尺寸的高温燃气喷流气动声场进行了数值模拟,并分析了声场特性。数值结果表明,火箭发动机喷流远场噪声具有方向性,噪声声压级在离开喷流中心轴线40°处达到最大值;喷流噪声声场的声压级随着喷管尺寸的增大而增加。研究结果为不同尺寸的火箭发动机喷流噪声预测提供参考依据。

多孔材料的流体动力特性

多孔材料广泛应用于消声降噪、过滤等工业领域 ,笔者针对较高消声效果的 PVF多孔消声材料喷注的外部流场特性进行了较为详细的实验研究 ,对不同厚度的材料的外部流动速度、湍流量、声场和压力分布进行了细致的测量 ,得出多孔材料的出流是由不同方向的普通微射流和微射流的汇聚扩散组成的结论 ,证明流体经多孔材料出流后的噪声是由外部扩散流场的湍流所决定的。多孔材料的作用在于 :(1)总压的降低和出流面积的缩小 ;(2 )由于多孔材料的不同方向微射流的相互耦合作用、引起外部流动特性的改变。气动消声材的选择上要注重其对出流流场的改善 。

喷射流场及其辐射声场数值模拟

为研究喷管结构对射流噪声的影响,采用大涡模拟对不同截面形状喷口形成的非定常湍射流场进行了数值模拟.在流场计算的基础上,结合Ffowcs Williams-Hawkings积分方程对远场声场进行了计算,得到不同喷管结构对应的湍射流场的流动结构及其辐射噪声的频谱特性.计算结果表明,椭圆形截面喷管的出口附近存在大量的旋涡结构,增大了射流边界层处的气流掺混,从而降低了射流核心区的长度,有效抑制了喷射噪声,在5种不同结构的喷管中,椭圆形截面的喷管对应的辐射声压最低,而矩形喷管对应的辐射声压最高;在射流方向的30°～75°扇形区域内,辐射声信号最强且存在明显的指向性.

引信振动压电发电机气流致声激励特性研究

为满足引信振动压电发电机的驱动性能要求,解决激励能量关键问题,设计了一个环形喷嘴-共振腔结构的喷注发生器声源。应用计算流体动力学方法,通过仿真模拟解释喷注激发声波致共振腔振动特性;用试验所测的响应电压与仿真获得的共振腔底部声压对比。研究结果表明:共振腔内的声压和轴向质点速度随时间的变化曲线近似于正弦波,相位差为90°,说明了在共振腔内形成了驻波声场;共振腔底部声压幅值和频率较稳定,且幅值较大;压电片的开路响应电压频率与仿真声压频率很接近,从而验证了喷注发生器声源产生纯音的特征。因此,这种根据气流致振原理设计的无活动零件的喷注发生器声源,有利于提高引信振动压电发电机的激励能量。

球阀气体内漏的声场数值模拟及实验研究

以Lighthill气动力声学方程作为控制方程,采用有限差分法,对不同内漏度和压力差下的球阀气体内漏喷流声场进行了数值模拟。得出它们对球阀气体内漏喷流声场强度和传播特性的影响,确定了球阀气体内漏声场强度最高的位置。数值模拟表明,二次截流处附近的内漏噪声最强,噪声能随着内漏度和压力差的增大而增强,这为球阀气体内漏声学检测与定量分析提供了理论依据。同时采用声学方法对球阀的内漏发声进行了实验研究,实验结果也验证了数值模拟的正确性。

天然气管道泄漏声场特性研究

根据莱特希尔理论可确定天然气管道泄漏处声源为四极子声源,用声强方程和莱特希尔气动力声方程,推导出天然气管道泄漏喷流噪声强度与喷流速度间的关系式。用Matlab软件对天然气管道泄漏声场进行数值模拟,分析了天然气管道泄漏时的声场分布及声压级。结果表明,管道内声波形成驻波且整体声压都很大,管道外为四极子声源所产生的声场,声波的辐射和衰减较快;随着泄漏孔直径D和管内运行压力p0的增大,声场声压p和声压级SPL也增大。该项研究为天然气管道泄漏的进一步研究提供了理论基础。

基于多物理场的涡扇发动机尾喷口近场噪声模拟研究

本文通过简化尾喷口模型,针对喷管涵道内流场中的不同周向模态数对噪声的传播影响进行研究,基于COMSOL多物理场建立计算流体力学(CFD)数值计算模型,得到了不同周向模态数的尾喷口近场压力变化图、声压级变化图。研究结果表明,在以涡轮风扇为噪声源的基础上,声波从喷管内涵道的入口端到出口端,波的反射清晰可见,对于模态数m=10和m=18尤为明显,噪声波的衍射效应在m=18时不是很显著。另外,由声压级等值线图可知,周向模态数越小,内涵道内近壁面辐射声压级越小,但在喷口后缘处,声压级传播基本以5～7d B的幅度在减小。

高喷口参数燃气尾流噪声抑制技术及预测方法

目的 研究火箭发动机高喷口参数燃气尾流噪声的抑制技术及其预测方法，以降低发射效应，改善发射环境； 方法 应用小孔消声和微穿孔消声原理提出发射噪声和冲击波超压的抑制方案，并在给出流场计算方法的基础上，运用喷气噪声理论给出发射尾流噪声的理论预测方法； 结果 该抑制方案降低了超压值４９．６％ ，理论与试验结果符合较好； 结论 抑制装置结构简单实用，能显著降低噪声和冲击波超压，理论预测方法能较准确地满足预测要求；

泵喷推进器导管对转子声场的影响

泵喷推进器由于导管的存在,使其声场的产生与传播较螺旋桨有很大不同。为掌握该推进器的声学性能,指导推进器的声学优化设计,文中结合点源模型和边界元方法完成了泵喷推进器导管内转子的声场预报,分析了导管对转子声场的影响。对导管内转子声场而言,其声场特性与螺旋桨有相似之处,宽带声源级指向性呈8字形。由于导管散射效应的存在,转子的入射声场与散射声场存在较大差异,使得导管对径向测点处转子声场影响较大,对轴向测点处转子声场的影响可以忽略。

关于风琴管问题的讨论

在声场和喷流策动空气柱的相对简单的模型下,推导出风琴管内空气柱振动与外加气流和声场强度的关系,并用此方程对历史上瑞利与亥姆霍兹对风琴管发生原理的争论做出一定的说明与解释。

不同环境下射流辐射噪声特性研究

水下排气噪声形成机理不同于空气排气噪声的产生机理,为了确定水下排气辐射噪声频谱特性及噪声源,进行了水下和空气气体喷射噪声试验研究。分析比较试验结果发现,气泡从管口脱落以及在流场力的作用下气泡体积振动产生的噪声是影响1~4 kHz频段声压的主要噪声源;当水下排气产生的两相流态由气泡流态过渡到射流流态后,气泡辐射噪声峰值与排气速率之间的线性关系消失,1~5 kHz频段内声压值变化较小,而在5 kHz以上的频段声压增幅较其它流量下却明显增大;水下排气由于气流剪切周围水体所引起的湍流噪声要明显低于空气排气产生的湍流噪声。

航空声学风洞3/4开口试验平台地板对远场噪声测量的影响

利用Kirchhoff-Helmholtz声学理论建立了地板声波反射问题的时域理论模型,推导了地板面上反射波的幅值函数和延迟时间的表达式,并引入了恰当的数值方法对反射声场进行求解,理论方法的正确性得到了实验结果的验证。以典型的高斯调制正弦波脉冲和连续正弦波为例,用建立的理论方法对噪声信号的传播过程和平台地板对远场噪声测量的影响进行了数值模拟研究,结果表明:地板的存在将使得远场接收到的噪声信号中出现直达波和反射波,反射波包含了中心波和边缘波。在低频段,地板宽度增加,远场噪声声压级增大;在高频段,地板宽度增加对远场总噪声级影响不明显。对于高速列车(HST)模型,车底位置的声源比车顶位置的声源在高频段受到地板反射的影响更大。