波浪结构对圆柱-翼型湍流干涉噪声的影响研究

为探究波浪翼型的降噪效果,采用大涡模拟(LES)和边界元法(BEM)相结合的混合方法对3种不同波浪翼型进行模拟,并通过试验验证了仿真模型的可行性,进一步分析了3种不同波浪翼型(表面波浪Wavy airfoil-A、前缘波浪Wavy airfoil-B和前缘+表面波浪Wavy airfoil-C)对圆柱-翼型湍流干涉噪声的影响。研究结果表明:3种模型都能在一定程度上降低翼型湍流干涉噪声,其中Wavy airfoil-C模型降噪效果最好,降噪频率范围最广,其垂直流向方向总声压级降噪量可达6.7 dB;Wavy airfoil-C模型不仅能有效地降低翼型表面压力脉动、各截面上的湍流强度、升阻力系数波动、功率谱密度,还能利用其前缘波浪结构有效地减少前缘主声源区域的面积,且能利用其表面波浪结构的导流作用降低翼型后缘的声源振动幅值。

圆柱-翼型干涉流场及噪声数值模拟研究

本文采用Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H)声类比法对圆柱-翼型干涉流场在来流翼弦雷诺数Rec=4.8×105条件下的噪声指向性分布规律进行了研究。研究了不同精度的湍流求解方法RANS和DDES对流场中速度分布以及非定常速度脉动的预测准确性,进一步对流场中不同位置的声压级进行预测。通过与实验数据对比,验证并且评估FLUENT中FW-H气动噪声模型的精度,最后对圆柱翼型间的不同距离和来流速度对各个噪声监测点的总声压级影响进行了研究,讨论其对噪声的影响规律及噪声的指向性分布规律。本文研究结果有助于验证气动模型准确性,对于下一步采用该模型预测其它复杂结构产生的气动噪声问题具有指导意义。

多孔前缘抑制圆柱-翼型干涉噪声实验

为了抑制圆柱-翼型干涉噪声,提出了仿生多孔前缘结构的降噪措施,并在0.55 m×0.4 m声学风洞中进行了实验验证。针对典型构型,对比确定了多孔金属泡沫降低圆柱-翼型干涉峰值噪声和中高频噪声的效果。3种不同ppi(pores per inch)值多孔金属泡沫的详细声学测量结果表明,所提出的多孔前缘结构能在翼型迎角为0°和10°时,分别降低最多4.10 dB和4.67 dB的圆柱-翼型干涉峰值噪声,且能明显降低峰值频率右侧的中高频噪声;多孔材料的占比越大、ppi值越小,整体降噪效果越好。

多孔介质对圆柱-翼型干涉噪声的影响

采用LES(large eddy simulation)+FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程,研究了圆柱表面使用不同PPI(pore number per inch)和厚度的多孔介质对圆柱尾迹及圆柱-翼型干涉噪声的影响,探索了多孔介质的降噪规律和机理。结果表明:多孔介质能稳定圆柱表面的剪切层,抑制旋涡脱落,从而削弱尾迹对下游翼型的影响,圆柱单音噪声最大可降79 dB,翼型单音峰值降低13.22 dB,宽频噪声降低20 dB;多孔材料PPI的变化对降噪效果影响较小,而厚度是影响流场模态、降噪效果及气动性能的一个关键参数;多孔材料厚度合适时,圆柱-翼型流场形态为“剪切层模态”,可有效降低湍流干涉噪声;多孔材料厚度较小时,发现了一种流场形态,即“剪切层-尾迹模态”,导致翼型噪声增大;合适的多孔介质厚度不仅降噪效果显著,对圆柱-翼型的气动性能也有改善作用。