用CFD/FW-H混合方法计算圆柱/翼型的气动噪声

气动噪声预测的关键在于提高流场的预测精度,特别是对涡流扰动的细节描述。文章采用的是计算流体力学(CFD)与"声比拟"相结合的方法,通过2个步骤模拟流动的声学远场。第1步,在包含所有声源的近场区域内,通过使用DES方法获得控制面处的非定常流场参数;第2步,采用基于可穿透数据面的FW-H方法模拟声学远场。该方法与传统的半经验方法相比,具有计算量小,计算精确,易于工程实现,可以计算非线性噪声。文中对比了URANS和DES 2种方法所算的气动噪声结果。在频域上计算了观测点处的声压级随斯托劳哈数和频率的变化,其结果与国外试验结果对比取得了较好的一致性。

FW-H方程积分面选取对圆柱绕流噪声计算预报结果的影响分析

圆柱作为简单钝体,其绕流容易发生流动分离,涡脱落比较明显且具有强周期性,是典型的噪声预报研究对象。圆柱绕流可作为立管和锚链等工程装备研究的基础,该文采用分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES),使用naoe-FOAM-SJTU求解器,模拟了二维圆柱绕流湍流流动,基于流声比拟方程分别比较了物面积分与可穿透积分面积分、不封闭可穿透积分面与封闭可穿透积分面的结果,并研究了积分面长度和宽度的最佳配置。该文设置了三个噪声测点,对测点处的压力进行快速傅立叶变换,得到声压级频谱结果,以获得最佳水动力噪声可穿透积分面配置,为提高水动力噪声预报精度奠定了基础。

CFD与FW-H混合方法在低速轴流风机气动噪声预测中的应用

低速轴流风机是民用家电产品的主要气动噪声源,对其远场气动噪声准确预测有着极高的难度。文章采用基于CFD和FW-H的混合方法,针对某型低速轴流风机进行了气动噪声预测,通过不同积分面的选取展示了以固体表面作为积分面和不同可穿透积分面对远场气动噪声预测结果的差异。通过与实验结果的对比,展示了混合方法对远场气动噪声预测的准确性。远场气动噪声预测结果能够有效展示低速轴流风机的气动噪声特性。

时速600 km等级高速磁浮列车气动噪声特征数值仿真研究

当磁浮列车运行速度超过400 km·h^(-1)时,四极子声源对列车远场噪声的影响不容忽视。基于大涡模拟(LES)方法和基尔霍夫-福茨.威廉姆-霍金斯(Kirchhoff-Ffowcs Williams and Hawkings,K-FWH)方程,通过合理构建可穿透积分面,对不同速度等级下磁浮列车的偶极子、四极子声源特征进行数值仿真分析。结果表明:尾车流线型区域附面层分离引起的空间扰动是磁浮列车气动发声的根源;列车偶极子声源主要分布在磁浮列车头/尾车无线电终端周围、头/尾车流线型抱轨底部以及尾车流线型鼻尖点区域,四极子声源主要分布在尾流区域;当列车分别以400,500及600 km·h^(-1)3个速度级运行时,四极子声源辐射能量分别为62.4%,63.3%和71.7%,均超过偶极子声源,占据主导地位。

高速磁浮列车气动声学特征的数值模拟研究

基于大涡模拟(LES)及Kirchhoff-Ffowcs Williams-Hawkings(K-FWH)方程,对400 km/h速度级下高速磁浮列车与高速列车气动/声学特性进行对比研究,获取高速磁浮列车气动激扰发声关键特征;通过分区合理构建扰动源积分面,对600 km/h高速磁浮列车辐射气动噪声进行数值模拟研究。研究结果表明:高速列车车体不平整,几何诱导发声为主要发声机制;而高速磁浮列车车身平顺,尾车流线型区域附面层分离引起的空间扰动是主要发声源;当磁浮列车以600 km/h运行时,气动激扰发声的能量主要由尾车流线型区域偶极子声源及尾流区域四极子声源组成;尾流区四极子声源的平均辐射贡献超过偶极子声源的平均辐射贡献,达到60.9%。

基于比拟理论计算圆柱/翼型的气动噪声

采用计算流体力学(CFD)与"声比拟"相结合的方法,通过两个步骤模拟流动的声学远场。第一步,在包含所有声源的近场区域内,通过求解URANS方程获得控制面处的非定常流场参数;第二步,采用基于可穿透数据面的FW-H方法模拟声学远场。该方法与传统的半经验方法相比,计算精确,易于工程实现,并且可以计算非线性噪声。根据气动声学计算积分公式,构造了高阶的时间离散格式,采用高斯积分公式计算圆柱/翼型的气动噪声。在时域和频域上计算了观测点处的声压及声压级随时间步数的变化情况,其结果与国外实验结果对比取得了较好的一致性,此外研究了翼型尾流部分界面对计算精度的影响。

高温超导磁悬浮列车气动噪声特征仿真研究

气动噪声是高温超导磁悬浮列车噪声的主要来源,以新型高温超导磁悬浮列车1∶8缩比的8车模型为研究对象,基于大涡模拟(LES)方法和K-FWH方程,通过建立可穿透积分面对列车在500,550,600及650 km·h-1 4个速度级下的气动噪声特征进行数值仿真研究。结果表明:在U型轨道的约束下,列车周围的气动激扰主要集中在车顶两侧、尾车流线型及尾流区;偶极子声源主要分布在中车车顶表面两侧、尾车流线型及超导线圈后方,尾流区也是重要的气动噪声源区;列车辐射噪声频谱呈现“宽峰”(100~315 Hz)特性,随着车速提升,低频噪声能量增强;4个速度级下测点辐射噪声水平变化规律一致,噪声最大值分别为94.2,96.4,100.1和105.2 dB(A);随着车速提升,四极子声源能量占比不断增大,当车速大于600 km·h-1时,16个测点的四极子声源平均能量占比超过90%。研究成果可为高温超导磁悬浮列车气动声学优化设计提供参考。

使用IDDES方法预测飞行速度对喷流噪声的影响

使用变网格尺度定义的IDDES方法,预测了飞行速度对喷流噪声的影响。分析具有试验数据的喷流状态(Ma=0.9,基于喷管直径D的Re_D=1.1×10~6),通过与试验结果的对比,验证方法的正确性,并做了网格敏感性分析,对比了不同FW-H方程积分面对结果的影响。增加自由来流马赫数会增加喷流势流核的长度,降低势流核结束位置的湍动能,降低远场噪声辐射。对远场噪声的影响规律与试验测量值相符,说明此方法适用于存在飞行速度的喷流噪声问题的预测。

时速600 km高速磁浮列车天线气动声学影响研究

基于改进的延迟分离涡模型(IDDES)和K-FWH积分方法,针对有/无天线的3种600 km/h高速磁浮列车工况,研究天线模型对列车远场辐射噪声特征的影响。研究结果表明:天线的存在显著增强了车体表面偶极子源辐射,无天线模型、有天线模型1和有天线模型2偶极子辐射噪声声压级最大值分别为91.2、96.0和94.6 dB(A),采用可穿透积分面得到的远场辐射噪声声压级最大值分别为98.9、99.8和100.4 dB(A),四极子声源辐射能量占比分别为89.3%、81.5%和83.1%。辐射频谱呈现“宽峰”特征,主能区位于300~1 000 Hz频段,天线的存在使得峰值频率稍向高频迁移,同时有天线模型存在与天线局部扰动相关的小峰值。

对转螺旋桨流场和声场数值模拟研究

采用非线性谐波法耦合FW-H方程的混合噪声数值模拟方法,对某11×9的对转螺旋桨模型的气动力与噪声开展了数值模拟研究。结果表明:在起飞阶段,与单转子螺旋桨相比,对转螺旋桨的主要噪声源是由前排螺旋桨产生的叶尖涡、前缘涡和尾迹涡等涡系与后排螺旋桨相互作用产生的干涉噪声,后排螺旋桨上的非定常压力波动是干涉噪声的主要贡献源;在干涉噪声频率处,前排螺旋桨的噪声主要向下游辐射,后排螺旋桨的噪声主要向上游辐射。此外,还研究了不同积分面对对转螺旋桨噪声计算结果的影响。相比于固体壁面FW-H积分面,可穿透FW-H积分面的计算结果更接近试验数据,但是不同的积分面对转子单独噪声基本没有影响;上游积分面的变化对对转螺旋桨的噪声影响很小,但是下游积分面的变化对干涉噪声影响较大。