蒸汽放空阀噪声传播分析及结构优化

针对某化工厂DN100-PN63蒸汽放空阀在开度0~60%的振动噪声问题,基于分离涡算法和M9hring声类比理论,采用Fluent和Actran软件对开度为40%的阀门进行真实工况的流场和声场数值模拟分析,研究阀门内部流动情况及阀门内、外噪声分布情况,提出4种改进结构,并分别对其流场和声场进行深入的对比研究。结果表明:原结构阀门内部存在多处涡旋;阀内件和孔板的高马赫数(Ma>0.2)区域约占90%,且存在超音速流动区域,极可能产生较大的冲击波并产生激波啸叫;离阀门及管道1 m处的噪声达116 dB(A),具有宽频特性,并有明显的四极子声源特点;与原结构相比,改进后的4种阀内件对涡旋的消失起到了促进作用,具有明显的降噪效果。

机翼尾迹脱落涡噪声的理论研究(英文)

Michel等人1998年应用平面传声器阵列对飞机过顶噪声进行的测量研究首次发现,机翼尾迹脱落涡噪声是某些类型飞机重要的噪声源。为发展一种预测这种噪声源的理论预测模型,应用von Karman涡街模型模拟二维机翼下游尾迹脱落涡,尾迹涡的强度和脱落频率应用这个模型进行计算。基于Howe后缘噪声理论,并结合尾迹模型,本文发展了一种预测脱落涡噪声声压级和指向特征的气动声学模型。对6架现代商用飞机的机翼尾迹脱落涡噪声的计算表明,本文理论模型预测的涡脱落频率、声压级以及噪声的指向性等与实验测量结果有较好的一致性。

燃气轮机1.5级轴流压气机气动噪声预测

针对多排叶片旋转机械气动声源的复杂性,本文研究了一种预测多排叶轮气动噪声的数值模拟方法。基于混合计算方法研究了燃气轮机1.5级压气机的气动噪声特性,采用剪切应力传输湍流模型对1.5级轴流压气机的三维非定常流场进行全通道计算并获得声源,基于变分形式的Lighthill声类比耦合声源信息预测了压气机噪声,并在压气机动态实验台开展了流场和噪声实验研究。结果表明:非定常压力脉动傅里叶变换后峰值主要出现在叶片通过频率及其谐波处,且压力幅值随着叶频阶数的升高而降低;前传噪声有明显的声学指向性,具有明显的偶极子特征,离散噪声包含可传播的高阶模态;数值仿真的结果与实验吻合较好,本文研究的数值计算方法对多排叶轮的气动噪声预测具有较高的精度。

某型受电弓300km/h速度下气动噪声初步分析

建立了某型受电弓的三维几何模型,基于计算流体动力学基本原理及有限体积元方法,对该型受电弓周围流场进行模拟,并建立了受电弓的气动噪声计算模型,利用声类比相关理论对受电弓纵向对称平面上的气动噪声进行计算。列车300km/h速度运行时,受电弓开口和闭口运行2个工况下,旋涡集中分布的区域、气动噪声较大值出现区域和受电弓气动声源所在区域相重合,主要分布在受电弓垂直于气流方向的杆件表面或杆件后面。受电弓开口运行时,引起更大的气动噪声,开口运行时对称平面上气动噪声仿真的最大值出现在受电弓上臂与下臂之间的铰接部位,为130.5dB(A)。最后将仿真结果与实验结果进行对比,受电弓开口运行时底座中心附近的气动噪声仿真值为120.1dB(A),实验结果值为122.5dB(A)。闭口运行时仿真结果为116.8dB(A),实验结果为120.6dB(A)。

高速列车头车外流场气动噪声的仿真与实验研究

针对高速列车的头车进行全尺寸三维模型和流场流域的创建,并通过k-ε湍流模型计算稳态流场;在稳态流场的基础上,采用宽频带噪声模型计算头车表面的气动噪声源;利用大涡模拟(LES)方法计算瞬态流场,进而获取车身外表面的脉动压力;再基于瞬态流场,采用Lighthill声类比理论研究头车远场气动噪声的计算.最后,比较气动噪声的仿真分析结果与实地试验结果,验证了仿真结果的正确性.

声屏障几何形状对高速列车气动噪声影响的数值模拟及降噪研究

基于Lighthill声类比理论分别求解高速列车气动噪声的产生和传播过程,首先由RNG k-ε湍流模型求得流场的稳态计算结果,之后采用大涡模拟和FW-H方程对比直立与半圆形声屏障降噪性能的差异,通过建立包含3节车编组的CRH380A型高速列车和2种声屏障在内的仿真模型,研究声屏障几何形状的改变对声学性能及降噪能力产生的影响。结果表明:圆心角为180°的半圆形声屏障在测点处的平均插入损失较大,同时对气动噪声的降噪需求有着良好的匹配,综合声学性能较传统的直立声屏障更优;缩小圆心角会导致半圆形声屏障的降噪能力相应降低,其插入损失在圆心角由180°减至120°的过程中呈现明显的下降趋势,之后的降幅相对较小,圆心角为30°的半圆形声屏障降噪效果已与等高的直立声屏障类似。

基于神经网络方法的高速列车车外气动噪声预测

利用神经网络进行高速列车车外气动噪声预测研究。基于Lighthill声学类比理论,建立高速列车气动噪声计算模型。在此基础上采用Levenberg-Marquardt(LM)算法建立车外气动噪声的神经网络预测模型,选取车外气动噪声样本点对预测模型进行训练,用训练好的神经网络预测模型预测车外气动噪声。结果表明,建立的神经网络模型对车外噪声具有较好的预测效果,可以用来进行高速列车车外噪声预测。

直筒笼式阀门流噪声数值模拟

根据LES和Lighthill声类比理论,采用流体力学软件Fluent和声学仿真软件ACTRAN,研究计算了直筒笼式阀门在相同流量,100%、70%和40%开度下,阀门内部和外部的流噪声特性。结果表明:在低频时阀门内部声压,同组监测点频谱特性分布相似,声压幅值较大,在高频时分布差异较大;当阀门开度降低时,阀门内的湍流强度、速度和压力波动均相应增强,导致阀门内外的整体声压分贝变强,阀门内部噪声能量也增强;阀门噪声具有偶极子特性。

基于BP人工神经网络的轴流风扇气动噪声预测

轴流风扇被广泛应用于如刀片服务器等机械设备的通风散热中,在工作时风扇旋转形成的湍流与自身以及固壁发生耦合作用,进而诱发气动噪声.湍流尺度极小,稳定性差,所以对气动噪声模型的数值计算需要耗费大量的计算资源.将人工神经网络与传统的数值模拟方法相结合,首先基于k-ε两方程模型求解纳维-斯托克斯方程得到轴流风扇的流场解,再通过FW-H声类比理论得到其声场解,然后对轴流风扇搭建人工神经网络模型,同时在声远场选取气动噪声声压级样本点,通过BP神经网络算法进行学习,最后利用训练好的人工神经网络模型对轴流风扇工作时的噪声场进行预测,实现了良好的预报效果.该方法可以有效节省计算资源,在工业上有一定的应用价值.

CRH380A型高速列车远场气动噪声计算分析

随着运行速度的提高,高速列车的通过噪声显著增加,由于气动噪声与列车运行速度的4~8次方成正比,气动噪声有可能成为高速列车的主要噪声源。基于Lighthill声类比理论的混合方法,结合完美匹配层边界条件和高阶单元,利用有限元法对CRH380A型高速列车远场气动噪声特性进行了计算分析,得到了列车远场噪声的分布情况、影响区域和传播方向。结果表明:高速列车表面偶极子噪声源由车身向列车四周辐射,随着距车身距离的增加,辐射噪声不断衰减;随着频率的增加,高速列车周围各处噪声均下降,高声压级噪声的区域缩小,声压级分布渐趋于均匀;列车运行速度为300km/h时,标准测点处的噪声时域等效声压级为87.11dB,与实验实测值接近;不同运行速度下,标准测点处的噪声在很宽的频带内存在;随着运行速度的增加,标准测点处噪声声压级在频域和时域内都增加。

不同舵角的舵翼结构涡量及流噪声特性分析

以梯形舵翼结构为研究对象,采用CFD大涡模拟及Lighthill声类比理论对不同舵角下舵翼结构的流场和声场进行数值预报,分析其涡量特性及流噪声特性。结果表明:来流速度相同时,随着舵角的增大,涡系越来越复杂,涡量及流噪声也随之增大;涡系主要集中在稳定翼的导边、舵翼的尾缘及舵与稳定翼之间;舵翼结构流噪声的声压级频谱频带较宽,无明显的主频率出现;低频时声压级幅值较大,并且随着频率升高而持续下降;舵翼尾缘及稳定翼导边前缘的声场强度比翼型两侧的声场强度大,这也和流场涡量分析结果一致,进而说明了涡流是产生流噪声的根本原因。

分布式波浪前缘静子叶片对单级轴流风扇单音噪声影响的数值研究

为了适应逐年严苛的适航噪声标准,改善飞机噪声环境,突破航空发动机降噪技术的瓶颈,有必要开发新的降噪手段以指导叶轮机械降噪设计。采用URANS与FW-H方程混合方法,通过将波浪前缘构型运用在叶片流动损失较大、声源强度较强的部分后,进一步观察其气动性能和降噪效果。研究表明:与基准叶片相比,分布式波浪前缘静子叶片可以在1BPF(Blade Passing Frequency)时降低风扇入口声功率级0.67~1.9dB,2BPF时降低风扇入口声功率级1.87~4.18dB,3BPF时降低风扇入口声功率级2.4~6.8dB,同时,总压比最高提升0.027%,等熵效率最高提升0.28%。因此,分布式波浪前缘静子叶片在叶轮机械降噪方面有很好的运用前景。

水下对转螺旋桨流致辐射噪声机理与预报方法

水下对转螺旋桨流致辐射噪声的预报对于水下目标的特征提取和分类识别具有重要意义。由桨叶的旋转引起的湍流场是水下对转螺旋桨流致辐射噪声的源场。分述了水下对转螺旋桨湍流边界层脉动、旋转干涉效应和空化效应引发的水动力噪声机制和研究进展,比较了目前工程应用中的3种对转螺旋桨流致辐射噪声预报方法的特点。在分析对转螺旋桨流致辐射噪声数值预报难点的基础上,综述了对转螺旋桨流致辐射噪声计算方法的研究进展,指出间接数值模拟方法是工程中进行对转螺旋桨流致辐射噪声预报的有效方法。

高速铁路隧道出口微气压波声学特性计算分析

高速列车进入隧道产生的压缩波传播至隧道出口时会生成微气压波,某些情况下还会出现隧道口音爆,对周围环境产生负面影响。为分析隧道出口外音爆现象的产生原因,本文采用大涡模拟法计算隧道出口流场参数,并基于Lighthill声类比理论运用有限元法计算隧道出口声场分布,参考人耳听阈曲线分析了隧道出口外音爆现象的发生机理。在本文计算模型中,对比不同车速条件下隧道出口微气压波声场计算结果,发现当车速高于300 km/h时,隧道出口将会出现音爆现象。

针对悬挂式水鸟的流噪声计算分析

对流噪声进行预报,分析其是否会干扰物探船物探作业的开展。基于Lighthill的声类比理论,以悬挂式水鸟为研究对象,采用计算流体力学方法计算分析水鸟周围的流场分布情况,得到壁面上的脉动压力;将结构表面的脉动压力作为声学边界条件,采用边界元计算方法计算分析水鸟的流噪声分布情况。结合工程实际,通过对计算结果进行分析,认为在给定的工况下,流噪声基本上被环境噪声所湮没,可忽略其对物探船物探作业的影响。

波浪前缘静子叶片对高速轴流风扇单音噪声的影响

航空发动机压气机噪声与大型风洞压缩机噪声问题日益凸显,相关研究机构迫切需求新的降噪手段以指导大型叶轮机械降噪设计。为了探索波浪前缘静子叶片在大型叶轮机械降噪中的应用前景,采用非定常雷诺平均NavierStoke(URANS)方程与FW-H方程混合方法对基准静子叶片和3种波浪前缘静子叶片的降噪效果进行了数值模拟,研究对象静子来流平均马赫数约为0.49,基于静子叶片弦长的雷诺数约为1040000。数值预测结果显示:波浪前缘静子叶片可以显著降低高速轴流风扇单音噪声,但会对风扇的气动性能产生少许不利影响;相较于基准静子叶片,3种波浪前缘静子叶片可以在1BPF时降低风扇入口声功率级0.97~1.5dB,2BPF时降低风扇入口声功率级2.89~4.9dB,3BPF时降低风扇入口声功率级3.32~4.72dB;同时,总压比降低0.1%~0.8%,等熵效率降低0.1%~0.3%。进一步研究表明:不同频率下声源振幅和相位关系是风扇单音噪声强度的主要影响因素,总的来说,幅值的增加会降低声源强度,然而通过改变声源相位关系的降噪方式则需要兼顾径向模态与波长两个方面。