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。

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。

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。

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.

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.