一种气动声源的数值研究

　　由于高速旋转的叶片与静止的外壳作用，使流动呈现为非定常湍流特征，并出现动静干涉现象。近年来，国内外不仅对流体机械中的动静干涉而造成的不稳定流动作了大量的试验研究，还将数值模拟技术用于求解流体机械中的动静干涉问题，利用Navler一Stokes方程求解流体机械中的动静干涉问题是近年来CFD技术发展的主要成果之一。

　　但是，作者目前尚未发现对本文所研究的一种气动声源数值计算的文献资料，所以引人了CFD技术对该种警报器的数值计算研究，并针对该警报器旋转叶片与外壳作用的动静干涉问题，在其中利用滑移网格技术引人交互界面，利用Navier一Stokes方程，并考虑到平均流动中的旋流及旋转流动情况，从而采用了RNG湍流模型，更好地处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动，完成了对该气动声源的数值计算。

　　1一种气动声源·警报器的几何结构

　　该种气动声源主要由叶轮、外壳和电机组成(如图1所示)，叶轮上的每个叶片分为径向叶片和周向叶片两部分(如图2所示)，外壳上开有孔(如图3所示)。

　　该种气动声源是十九世纪二三十年代针对空袭而诞生的一种防空警报器，其工作原理为:电机带动警报器的叶轮转，产生湍流的气流与外壳的棱边作用，从而产生强烈的干涉噪声，目前尚未找到对其理论研究的任何文献资料。

　　2控制方程

　　流体流动要受物理守恒定律的支配，基本的守恒定律包括:质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。基于该种警报器气流场的气动特性，可将其视为不可压缩的粘性流动。则其守恒型控制方程为

　　连续方程

　　动量方程

　　能量方程

　　式中，p一密度;弘一速度矢量;t一时间;u，一速度矢量乖分别在:、y、:方向的分量;P一流体微元体上的压力;户一动力粘度口，一一温度;外一比热容;k一流体的传热系数;S‘一由质量力和粘性应力构成的动量守恒方程的广义源项;乓一流体内热源及由于粘性作用流体机械能转换为热能部分。

　　3 网格生成及计算方法

　　几何模型的网格分布如图4，图5划分网格时采用三角形非结构网格，并在叶片与外壳间隙处局部加密，另外，为了减小网格数量并减少计算成本，建模和计算时采用周期性边界条件。叶片区域网格数为53340，外场流域网格数为42695。由于叶片内流动的马赫数小于0.3，故可将气体作为不可压且勃性系数为常数。

　　离散方程采用隐式方法求解，压力修正采用SIMPLC算法，对流项采用具有二阶精度的QUICK格式离散，扩散源项采用二阶中心格式离散，时间项采用二阶隐式离散。频谱分析采用快速傅立叶变换。