发展可靠、高效、低噪声的发动机是航空工业不懈的追求.涡轮作为航空发动机核心部件之一,其流动及换热问题始终是贯穿航空发动机设计、制造的核心问题.随着航空发动机风扇和喷流噪声得到大幅控制,涡轮噪声逐渐凸显,并日益受到关注.为推动航空发动机涡轮流动换热及噪声数值模拟方法的工程应用,首先,以航空发动机涡轮中复杂湍流及流动换热问题为主线,分别阐述了旋转盘腔、旋转叶片流动及换热问题数值模拟的研究现状;其次,对航空发动机涡轮噪声研究现状进行分析,总结了常用涡轮噪声预测方法和存在的问题.在此基础上,面向工程实际需求,对航空发动机涡轮流动、换热与噪声数值模拟进行了展望.

针对在高压差工况下汽机旁路调节阀噪声存在超出工业噪声允许范围的问题,采用混合仿真的方法对汽机旁路调节阀的流场和声场进行数值仿真计算,对汽机旁路调节阀进行CFD稳态和瞬态流场计算,找出产生噪声与振动的流场诱因。采用声流固单向耦合边界元法和IEC 60534-8-3标准理论预测方法分析汽机旁路调节阀阀后管壁外1 m处的噪声。结果表明,数值模拟与理论计算结果均满足标准规定噪声要求且相差仅为0.94 dB(A),验证了噪声数值模拟方法的有效性,可指导高压差调节阀的噪声研究。

车载空气净化器在开发阶段中,离心风机以4000 rpm转速运行时,整机存在明显的气动噪声,音质体验不能接受;针对该技术问题,本文通过气动噪声理论分析以及CFD仿真技术等方法,确定了电器盒与风机的相对位置是造成气动噪声的主要原因。同时也是基于CFD仿真分析对电器盒的形态结构进行优化计,使电器盒的边缘弧形形状能够适应风机的流场,达到噪声优化的目的。试验结果表明,经过优化设计后,整机的声功率级降低1.5 dB,峰值降低8.6 dB,气动噪声改善明显。所提供的噪声优化方法对车载空气净化器以及类似结构的产品具有可靠的实用性。

为了研究串列双圆柱的气动噪声与大尺度涡脱落之间的关系,采用大涡模拟并结合K-FWH方程的方法进行研究。采用标准算例的实验结果对数值模拟方法进行了验证,证实了壁面自适应局部涡黏(WALE)大涡模拟模型结合基于K-FWH方程的声比拟方法能够较好地预测不同频率下的噪声谱密度。数值模拟结果表明上下游圆柱的涡脱落频率相同,大尺度涡呈现反相位脱落。上游圆柱表面平均阻力系数大于下游圆柱,而下游圆柱表面的压力脉动更为剧烈。双圆柱绕流的气动噪声来源主要为偶极子噪声(包括柱体表面瞬时压强及其时间导数),其中瞬时压强的时间导数是主要的声压组成部分。在此基础上,对某一观测点的瞬时声压及其分解项之间的物理关联进行了研究。观测点的瞬时声压主要由下游圆柱产生的声压主导。由于上游涡脱落对下游圆柱的涡脱落的影响,导致下游升...

文章在马赫数较低的条件下,采用基于LBM框架下的LES方法,对平行桨-涡干扰气动噪声进行了直接数值计算。使用D2Q9模型作为LBM格子的离散速度模型,同时使用动态Smagorinsky亚格子模型作为LES方法的亚格子模型。计算结果显示,大涡模拟方法能够较为准确地获取桨-涡干扰气动噪声的声场,并且能够对桨-涡干扰气动噪声的生成机理、传播规律及噪声特性进行分析;桨涡干扰噪声的直接计算,大涡模拟方法对近壁面区域可以用壁面函数近似,近场特别是声源区域内网格最为关键。

基于Lighthill的声类比理论,对油烟机噪声进行分析,确定油烟机的主要噪声源,针对噪声的重要影响因素进行改型优化,采用κ-ω湍流模型对流场进行数值模拟分析,验证改型前后流量性能,得出有效降低噪声的方案,为以后的研究提供有价值的方向。

随着高速列车运行速度的提高,其气动噪声问题逐渐凸显,如何准确快速预测高速列车的远场气动噪声成为关键.利用半自由空间的Green函数求解FW-H方程,推导了考虑半模型时的远场声学积分公式,提出通过半模型的数值计算结果预测全模型高速列车远场气动噪声的方法;建立了全模型和半模型高速列车的气动噪声数值计算模型,应用改进延迟的分离涡模拟方法对不同模型高速列车表面的气动噪声源进行求解;通过风洞试验进行了全模型高速列车的数值仿真计算方法验证;对比分析了全模型和半模型高速列车周围的流场结构、气动噪声源和远场气动噪声特性.结果表明半模型高速列车数值计算得到的列车周围流场结构、气动噪声源以及远场气动噪声特性与全模型的一致;采用半模型计算会过高估计列车尾车流线型区域表面压力的波动程度和噪声源的辐射强度,但...

湍流边界层尾缘噪声是翼型及风力机气动噪声的主要来源。本文应用的壁面压力谱方法是基于Aimet噪声理论提出的一种翼型尾缘噪声预测模型。首先,分别采用Goody、Rozenberg、Kamruzzaman、Lee、Hu等五种不同的壁面压力谱方法,对NACA0012和NACA64-618翼型进行噪声预测,并与实验数据对比,分析了各攻角和雷诺数下壁面压力谱方法对翼型尾缘噪声预测的准确性。其次,在Lee翼型尾缘边界层噪声建模的基础上,结合风力机叶素-动量理论,创新性地提出了一种新的风力机气动噪声预测模型,并与Bonus Combi 300 kW风力机的气动噪声实验数据进行对比,噪声谱对比结果验证了当前模型的有效性。该研究可为相关风力机气动噪声研究提供一种新的预测方法。

文章提出了在尾缘吸力面填充多孔介质以降低整体多孔使用率,减少其对翼型结构及气动性能的影响。以NACA0018翼型为研究对象,采用大涡模拟方法及Ffocws-Williams and Hawkings(FW-H)声学类比方法比较分析了雷诺数为2.63×105的条件下,基准翼型、尾缘完全填充型及吸力面填充型多孔翼型的气动特性及降噪能力。分析结果表明两类多孔翼型尾缘受多孔域影响,流场流动发生了变化,且随着攻角的增大,多孔介质对流体的扰动及分离作用被削弱;吸力面填充型翼型能有效降低声压波动及功率谱密度,其在低频区域的声压级分布低于基准翼型,并最终在0°攻角及0~25 kHz的计算频率下达到4.3 dB的降噪效果。针对两类多孔翼型的气动性能结果进行比较,在攻角为0~10°时,尾缘完全填充型翼型较基准翼型出现了1.1%~2.8%的升力系数损失;而吸力面填充型翼型的升力损失为0.8%~1.5%。此外,...

汽车高速行驶时所产生的气动噪声与车辆乘坐舒适性息息相关,消费者对汽车噪声的要求也越来越高。本文利用基于分子动力学算法的气动噪声计算软件对高速行驶的某型号汽车进行了外流场瞬态计算,并对车外气动噪声进行了仿真分析。得到了汽车外流场气动噪声源的主要部位,并针对这些部位对车外监测点的噪声影响做了定量分析,得到了各个监测点上的声压频谱图,结果表明车身前脸、后视镜、A柱、前轮雨刮器这些暴露在高速气流中的部件噪声较为严重,可以针对性进行优化设计。