用谱分解法求涡动力方程数值解

随着车辆行驶速度的不断提高,气流噪声在车辆总体噪声中所占的比例越来越高因此,如何降低车辆的气流噪声成为国内外学者开始关注的问题由于车外脉动压力是产生气流噪声的源,而车外绕流流场中的涡则是脉动压力产生的原因,所以,弄清车外流场中涡的分布规律对于这一问题的研究至关重要涡动力方程是描述车外流场中涡量分布的控制方程,该方程是一个强非线性方程笔者采用谱分解方法,拟订了一种求解二维涡动力方程数值解的具体步骤,并给出了一个具体算例     

汽车外部流场和脉动压力模拟计算

为了解车辆在高速行驶时产生的气流噪声的规律,分析了产生气流噪声的机理,采用大涡模拟方法计算了某轿车模型的瞬态外流场和表面脉动压力,得到了表面脉动压力频谱特性、速度特性和分布特点.计算结果表明,汽车A 立柱后气流明显折转,在侧窗处产生气流分离区,分离区的漩涡不断生成和脱落,在侧窗玻璃上产生了压力波动,即形成了声学噪声源--脉动压力.车辆表面脉动压力在低频区较大,并随频率的增加而减小,在高频区较小,约与风速的4次方成正比,即风速每增加1倍,脉动压力级增加12 dB左右,计算结果与试验结果基本一致.     

用边界元法计算高速车辆内部气流噪声

车内噪声严重影响了车辆乘坐的舒适性，同时由于气流噪声随车速的六次方增长，故随着高速公路的不断新建以及车速的不断提高，研究和降低气流噪声巳成为控制高速车辆车内噪声的关键之一，笔者在风洞实验的基础上，首先分析了气流噪声向车内传播的基本途径；然后利用边界元理论（BEM），建立了车内声场的边界积分方程，并利用三角线性元对该边界积分方程进行了离散，最后通过MATLAB编程求解，对由车外脉动压力诱发产生的车内气流噪声的大小进行了理论计算，与风洞实验结果相比，吻合较好。     

贯流风机气动噪声数值预估

通过精细求解二维非定常Reynolds平均的Navier-Stokes方程,数值模拟了贯流风机内部的复杂流场。随后从流场的数值结果中提取出叶片、涡墙和后墙的脉动压力作为声源,进行声场计算。以声学中的Ffowcs Williams-Hawk-ings(FW-H)方程作为出发方程,数值求解贯流风机的噪声场。计算结果表明在贯流风机中,后墙的压力脉动与涡墙的压力脉动是主要的噪声源。该文的数值预估不仅在贯流风机的总体气动性能上与实验测试结果吻合,同时气动噪声场的预估结果也与实验测试结果吻合良好。     

Ahmed模型不同后背倾角下的流场及气动噪声研究

应用雷诺时均法Realizable k–ε的湍流模型对Ahmed模型在不同后背倾角下进行了定常流场的分析,并进行流场的大涡模拟(LES)计算.基于流场的压力脉动和速度脉动分布,获取并分析了模型表面压力脉动级分布及远场气动噪声特性,并对远场噪声与模型气动阻力的关系进行了探讨.结果表明,不同后背倾角模型中气流分离特征差异较大,导致模型尾部压力脉动强度差异明显,从而影响辐射至远场的噪声能量及其分布,且噪声能量与模型的气动阻力具有一定的关系.合理设计后背倾角,对于尾部气动噪声的控制非常重要.     

旋转式压缩机储液器气流噪声的分析与抑制

为了抑制旋转式压缩机储液器的气流噪声,给出了不求解结构和声学方程,通过CFD方法求解储液器内流场和压力脉动.并通过理论分析来改善储液器.利用该方法将一台压缩机储液器的平口竖管变换成劈尖形状.数值计算表明,改进后储液器气流压力脉动和涡量强度均降低了,储液器结构特性和声学特性参数不受微小结构变化的影响.压缩机声学试验显示.改进后噪声降低了2～3 dB.     

用数值解法求解汽车后视镜脉动压力场

通过对常规的Ｎ－Ｓ方程进行变形处理，化为涡量方程的形式，导出了适合于工程应用的求解由于汽车运行而产生的脉动压力场的理论计算公式，最后利用数值地计算了汽车后视镜产生的脉动压力场，并与风洞试验结果进行了比较，取得了良好的效果。     

用数值解法求解汽车后视镜脉动压力场

通过对常规的N-S方程进行变形处理，化为涡量方程的形式，导出了适合于工程应用的求解由于汽车运行而产生的脉动压力场的理论计算公式．最后利用数值解法计算了汽车后视镜产生的脉动压力场，并与风洞试验结果进行了比较，取得了良好的效果．     

基于统计能量法的汽车风噪传播特性分析

以某款实车为研究对象,结合风洞试验、计算流体力学(CFD)和统计能量分析方法(SEA),获取该车在140km·h-1下的外部脉动压力和声场输入,建立较为准确的SEA模型,探索车外空气脉动及其产生的气动噪声向车内的传播特性.研究表明,车内气动噪声主要来自于车窗、前后风挡;车外脉动压力远大于声场,但声场主导中频偏高频车内噪声,脉动压力在中频偏低频作用明显;风挡向车内的声能传播,主要以车外空气脉动激发的振动传递为主.     

高速列车头型近场与远场噪声预测

建立了某头型的1∶8缩比三车编组气动噪声仿真模型,采用大涡模拟获得车身湍流脉动压力,基于FW-H方程和声扰动方程分别获得远场噪声和近场噪声,从而建立一整套头型气动噪声预测方法.远场测点总声压级的仿真结果与风洞试验结果相差小于2.0dB(A),频谱变化趋势相同,量级相差较小,表明基于FW-H方程得到远场噪声的可行性.基于声扰动方程能够获得头型关键部位的总声压级,通过对比量级发现,转向架部位总声压级量级远大于其他部位,这与传声器阵列识别结果相吻合,从而验证了声扰动方程获得近场噪声结果.对比头型各部位湍流脉动总压力级和总声压级发现,转向架和排障器量级大于车窗、鼻锥和车体;与湍流脉动总压力级相比,总声压级分布更为均匀,量级更小.     

高速列车车头曲面气动噪声的数值预测

利用映射法生成高速列车头部流场的六面体贴体网格。采用三维大涡模拟法（LES）计算高速列车流线型头部的瞬态外流场,利用Lighthill-Curle声学比拟理论预测高速列车头部诱发的气动噪声。研究结果表明：气动噪声在很宽的频带内存在,是一种宽频噪声;在低频时,声压幅值较大,随着频率升高,幅值下降;当来流速度一定时,距离气动噪声源越远,总声压级越低,但总声压级的衰减幅度减少;随着列车运行速度增加,诱发的噪声加大,但距离车头曲面越远,总声压级的增幅越小;同一噪声源在不同受声点引起的噪声频谱曲线基本相似,控制列车运行过程中产生的脉动压力,能够减少气动噪声。     

多孔蜗舌贯流风机内非稳态流场特性

在前期采用多孔蜗舌控制贯流风机气动噪声的基础上,采用动态压力测量与大涡模拟相结合的方法,对比研究了多孔蜗舌方案的贯流风机内部非稳态流场特性。实验结果显示,蜗舌的"多孔板与容腔组合结构"可削弱蜗舌气流的压力脉动幅值,因而降低了贯流风机的噪声。大涡模拟结果则揭示了贯流风机内大尺度旋涡运动的特征,其压力脉动特性与实验吻合良好。本文对Powell涡声方程进行了修正,提出一个包含多孔介质和自由空间的涡声方程通用形式,试图以此解释多孔蜗舌对于流体发声的影响与作用机理。     

科考设备斜滑道入水流致噪声的数值模拟与实验测试研究

为了研究科考设备斜滑道入水的噪声预报问题，本文设计了一种斜滑道装置，利用CFD软件对不同入水速度与投放角度进行投放噪声的数值模拟，选用分离涡模型（detached-eddy simulation,DES）和FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings,FW-H)声类比模型开展入水物体噪声计算。在计算得到水动力噪声的时域脉动压力结果后，通过傅里叶变换得到频域的噪声分布。本文设计了相关实验对数值结果进行验证，并通过分析典型工况下的流场域以及噪声的时域及频域特性，进一步分析实验与数值系统误差的来源。结果表明，流致噪声占总噪声的主要部分，斜滑道与科考设备之间的相互耦合作用、滑道壁的流固耦合现象、传送过程中不可避免的机械噪声以及声辐射特性数值模拟模型的不完备性是系统性误差的来源。     

矿用对旋式轴流通风机气动噪声及三维流场数值模拟与分析

以矿用对旋式轴流通风机为研究对象,应用计算流体力学软件FLUENT对通风机气动噪声及三维流场进行数值模拟与分析,研究矿用对旋式轴流通风机气动噪声产生机理及通风机内部三维流场的流动状况;在三维非定常流动条件下,采用大涡模拟湍流模型(LES)进行求解,选取二阶隐式时间推进法来提高计算精度,结果表明:受前后两级叶轮之间所形成的流道不均影响,在同一轴向截面上靠近叶轮壁面位置的噪声值小于叶轮流道中部位置的噪声值,而叶轮流道中部位置的噪声值又小于靠近轮毂壁面位置的噪声值.离通风机气动噪声源(前后两级叶轮)越近,受到的气流压力脉动的影响就越大,则该区域气流的振动也越大,其对应的噪声值就越高;反之,越远离噪声源的区域受到的气流压力脉动的影响就越小,使得该区域的气流的振动越小,其对应的噪声值越低.同时,高压旋转的气流在扩散器区域的分布不再均匀,靠近叶轮壁面及轮毂的动压较低,而通风机流道中部附近的动压较高.研究结果对矿用对旋式轴流通风机的优化设计具有一定的指导意义.     

圆柱-翼型干涉噪声特性研究

圆柱-翼型干涉噪声主要是用来模拟类似涡扇静子,或者风机静子的脱落涡打到转子上所产生噪声的现象。圆柱的脱落涡随气流流动,对下游的翼型冲击,产生非定常表面载荷,带来强烈的噪声。在全消声室风洞,对三种不同尺寸圆柱的圆柱-翼型干涉噪声的特性进行了试验与仿真研究。圆柱的尺寸直径分别为10 mm、15 mm和20 mm,翼型为NACA 0012翼型;流场计算采用大涡模拟(LES),声场计算基于FW-H积分方程。对比实验与仿真可知,圆柱脱落涡是典型的周期性卡门涡街,翼面相互作用是产生噪声的主要原因;试验得到三种不同直径的圆柱-翼型干涉纯音噪声的斯特劳哈尔数为0.19左右,与卡门涡阶脱落涡的频率一致;噪声远场为偶极子指向性;随着圆柱尺寸的增大,噪声的总声压级增大;低频噪声源主要位于翼型前缘,高频噪声主要由圆柱脱落涡引起。     

车辆噪声法规与通过噪声模拟方法现状与进展

通过对比现有国内外车外噪声测量方法与标准限值,指出国外在通过噪声测量中的最新进展和我国噪声标准法规中有待改进的方向。归纳了目前运动车辆车外噪声源的常用识别方法,为更高效、快捷地识别车辆主要振动噪声源理念提供借鉴作用。总结了国内外对于不同工况下车外通过噪声数值模拟方法,为创建更深入全面的通过噪声预测模型提供一种全局性的思路。     

堤坝内流场和外流场的计算

本文把堤坝的外流场和内流场看作一个整体问题，以Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为流动控制方程，用ＶＯＦ法确定外流场的自由界面与内流场的浸润线，采用ＳＯＬＡ－ＶＯＦ方法进行数值求解．用堤坝内部细胞单元结构模型简化堤坝内部石块和空隙的复杂形状结构．为了验证上述数学计算模型的有效性，本文对梯形截面堤坝，在外界孤立波作用时，进行了堤坝外流场和内流场的计算，可以看到堤坝内压力场对堤坝的安全至关重要，同时还可以看到堤坝的内外压力场的脉动作用，是造成坝体破坏的重要因素．     

低压轴流风机的内部涡流特性及气动噪声

以中央空调中带导风圈的低压轴流风机为研究对象,对其内部涡流特性和气动噪声展开研究。采用大涡模拟计算了均匀进气情况下半管道式低压轴流风机的三维瞬态流场。计算结果表明叶尖涡是其内流场主要特征,叶尖涡的形成、发展和破碎对气动噪声源的分布有重要影响。提取了主要噪声源处的非定常压力脉动进行频谱分析,显示其叶片尾缘处脱落涡频率特征明显。风机的远场噪声采用LES/FW-H声类比方法进行预测,结果表明低压轴流风机的气动噪声以宽频成分的紊流噪声为主,预测的声压级频谱与实验吻合得较好。     

带脊状结构的NACA0018翼型气动噪声特性

为了减少翼型的气动噪声,采用声类比的方法,以NACA0018翼型为研究对象,研究脊状结构对翼型远场噪声的影响。分别模拟来流速度为12 m/s和24 m/s,在6°攻角下布置脊状结构的翼型流场,对应的基于弦长雷诺数大约为1.6×105。通过FW-H方程计算大涡模拟提取的声源项,得到Riblet-Q和Riblet-H翼型的声场。非定常流场计算结果表明：6°攻角下Riblet-H翼型能够改善翼型边界层分离情况,抑制涡结构脱落,从而减小翼型表面压力脉动和接收点处声压波动。逆压梯度段脊状结构可以有效减小频率在0-3000Hz内的噪声。进一步研究表明,该状态下的噪声主要由边界层引起的涡脱落噪声所主导。可见,适当位置的脊状结构可以改善翼型的噪声情况。     

输气管道气动噪声产生机制及其分析方法

以输气管道中气体流经阀门时产生的气动噪声为研究对象,采用两种方法获取气动噪声声源:一种是只采用CFD软件进行计算和分析(FW-H法);另一种是采用CFD软件联合声学软件进行仿真计算(BEM法)。建立气动噪声模型,得到气动噪声的产生、传播和衰减规律。结果表明:流场中的压力脉动和速度脉动是输气管道中气动噪声产生的根本原因;输气管道中的阀门噪声源为偶极子声源和四极子声源,在低马赫数下,偶极子声源占主要地位;偶极子声源分布在阀门表面上,四极子声源分布于整个流场中;两种方法均能较好地求解输气管道气动噪声的产生、传播和衰减问题,FW-H法操作简单,计算精度较低,但只能计算声场"远场",而BEM法计算效率高、精度高,能够对声场中任一点的声学量进行求解。