跨声速空腔声学特性数值模拟

利用三维非结构N-S求解器,对长深比为5:1、宽深比为1:1的开式矩形空腔气动噪声进行了数值分析。采用Cubic k-ε湍流模型求解空腔流场并进行人工重构,结合非线性声学求解器(NLAS)预测空腔近场噪声特性。通过对比空腔底部声压级和功率谱密度的实验值与计算值,以及实验值、计算值、公式计算值和高精度格式值的谐振频率,验证上述计算方法的合理性。为抑制空腔噪声、改善空腔流场环境,采取3种修形结构,对比4种工况下空腔声压级、总声压级、Q准则下的涡等值面及Lamb矢量模云图,结果表明,尾缘斜面最有利于降低噪声,大约可降低5 dB。

火箭发动机喷流噪声数值模拟及声振分析

为给火箭系统结构振动响应分析提供有效载荷,采用雷诺平均N-S(Reynolds-averaged N-S,RANS)方程求解喷流流场与用非线性声学求解器(Non-linear Acoustics Solver,NLAS)求解喷流声场相结合的方法,对某高超声速火箭液体发动机喷流噪声进行数值模拟.用有限元法和统计能量分析相结合的方法,求解发动机模型在噪声作用下的全频段振动响应.计算结果表明:发动机喷流噪声声压级大小与喷流流场的湍流动能密切相关,湍流强度大的位置喷流噪声声压大;喷流流场初始段混合层内产生的噪声在高频段大于过渡区内产生的噪声,但中低频段却相反.

高速列车车体长度对气动噪声影响的数值研究

高速列车具有细长形状,数值评估气动噪声往往需要巨大的计算量.目前对高速列车气动噪声的数值模拟大多基于对简化短编组列车的评估,而实际列车通常具有较长的8~16节编组.如何基于现有条件合理评价真实长度列车的气动噪声,是一个急需探讨的问题.本文应用非线性声学求解器(NLAS)和FW–H声学比拟法的混合算法,先求解噪声积分面上的声场脉动,再进行远场积分,引入多噪声面积分技术,通过对三种不同长度(3节、4节、6节)列车模型的气动性能和噪声数值模拟,分析了车体长度对列车气动噪声的影响.结果表明,同一列车模型的各节车厢具有相似的沿线噪声分布,其噪声曲线在量值上十分接近,只是主峰位置会随着车厢空间位置的不同而相应地发生偏移;不同长度编组列车对应部位之间的远场噪声特性具有较强的关联性,它们的远场噪声具有接近的总声压级和噪声频谱.通过利用短编组计算数据进行分解、平移和叠加,成功重构了4编组和6编组列车远场噪声特性,与直接计算结果相比误差在可接受范围内.由此发展了基于短编组列车噪声的数值结果,重构长编组列车沿线噪声的近似评估方法.

火箭整流罩脉动压力环境数值模拟与优化设计

采用雷诺平均N-S方程(RANS)求解流场与非线性噪声方程(NLAS)求解声场相结合的方法(RANS/NLAS),对跨声速条件下火箭整流罩外部的脉动压力环境进行数值模拟与气动外形优化设计研究。通过与国内外文献及风洞试验结果对比发现,使用NLAS方法能够利用较少的网格量准确模拟脉动压力的传播历程。同时,结果表明:跨声速流动中,在火箭整流罩的头锥肩部会出现激波/边界层干扰,而在后部倒锥部位会产生大分离区,因此在肩部和倒锥区域脉动压力环境最为恶劣;随着迎角的增加,背风面头锥肩部的脉动压力环境更加恶劣,倒锥区域减缓。为抑制倒锥区域的脉动压力,新设计了直线外形、正弦曲线外形、“切线弧+圆弧”外形三种倒锥轮廓线方案,对比分析了不同方案的倒锥区域时均摩擦力系数、分离区、均方根脉动压力系数,得出了“切线弧+圆弧”外形最有利于优化其脉动压力环境的结论。

高速列车气动噪声的计算研究

通过对高速列车气动噪声产生的关键部位进行简化抽象,对其产生的噪声进行了数值分析。该文着重讨论了两个主要的简化模型,即二维后台阶问题以及三维圆柱绕流问题。对后台阶问题进行数值模拟时采用了NLAS和LES两种不同的方法,并同实验值进行了比较。对三维圆柱绕流问题则直接采用NLAS方法耦合FW-H声音传播方程进行了数值模拟。以此对高速列车气动噪声的机理进行了分析,并对适合于高速列车气动噪声计算的方法进行了选择。