偶极子噪声在均匀流管道中传播的声学模型

通过建立对流FW-H方程与薄壁边界元法相结合的混合声学模型,研究偶极子噪声在均匀流管道中的传播与散射问题.计算均匀流中的声源及其在管道中的传播,采用对流FW-H方程确定均匀流中的声波传输,采用计算流体力学方法所得流场数据确定气动噪声源,采用薄壁边界元法计算声波在管壁上产生的散射声压,并将数值计算结果与Tyler-Sofrin管道声学理论方法及声学实验所得结果进行对比.结果表明,对流FW-H方程与薄壁边界元法相结合的声学模型可用于偶极子噪声在均匀流管道中传播特性的预测,并可准确预测风扇偶极子噪声在机匣内的传播.     

发动机壳体辐射噪声预测

采用虚拟预测方法研究某发动机壳体的振动特性及噪声辐射特性.采用有限元法分析发动机壳体在振动加速度激励下的动态响应,得到壳体表面的振动速度频谱图,并与试验所得壳体上典型点的振动速度频谱图进行对比,仿真结果与试验结果吻合较好.将计算得到的壳体所有外表面节点的振动速度作为边界元模型的输入载荷,导入到声学仿真分析软件中,计算由壳体表面振动而辐射出的噪声,并用声强试验进行验证,对比了理论计算数据与试验数据,两者的噪声分布云图及噪声源中心点处的声强频谱图,并分析了误差产生的原因,结果表明,采用有限元法与边界元法联合求解的方法能够有效地预测出壳体辐射噪声.     

高速列车转向架区域裙板对流场与气动噪声的影响

运用声学比拟理论,采用1∶10简化模型对高速列车转向架部位气动噪声进行数值计算,并分析裙板对转向架部位流动与气动噪声性能的影响.基于延迟分离涡模型数值求解Navier-Stokes方程获得近场流场,运用考虑对流效应的Ffowcs Williams-Hawkings方程的声预测程序进行远场声辐射计算.结果表明,由于转向架舱在车体侧墙与底部形成表面不连续结构,流体通过转向架部位时产生了不同尺度和方向的复杂涡结构,上游几何体周围产生的涡向下游传播并与下游几何体相互作用,从而在转向架后端形成高湍流度尾流区.转向架区域外侧安装裙板后,流体与转向架舱的相互作用被削弱.靠近转向架并与车体侧墙平行的可穿透积分面的噪声预测结果显示,裙板可以在较宽频段内有效降低转向架部位的气动噪声.     

离心风机蜗壳振动声辐射的定量预测

针对离心风机蜗壳振动产生的声辐射,提出了一种基于边界元分析的声辐射定量预测方法:根据蜗壳声辐射的边界元模型布置振动测点,测量其法向振动的加速度谱;提取加速度谱中峰值较高的基频和旋转频率分量,并将其转换成速度谱后加栽于数值模型的对应节点上,作为声辐射问题的速度边界条件;利用边界元法计算声场及声功率,预测蜗壳振动产生的噪声.结果表明:结构振动声比气动声小很多,相对于风机进出口的气动噪声而言,蜗壳因振动辐射的噪声可以忽略不计;当风机进出口安装消声器后,蜗壳振动的辐射噪声可能成为主要噪声源.基于边界元分析的蜗壳振动辐射噪声定量预测方法也可以应用到其他壳体振动辐射噪声的预测中.     

外壳与肋对双层回转壳体的振动声辐射影响

本文以圆柱壳体为例讨论了回转壳体单双层壳体结构在流场中振动声辐射的数值计算方法,并建立了其有限元和边界元分析模型。先利用有限元软件ANSYS计算水下航行器结构和外部流体介质的耦合振动,得到耦合振动的节点位移响应值。再将数据导入边界元软件SYSNOISE计算了流体结构耦合状态下壳体结构的辐射声功率和辐射效率等声学量。借助这两个软件计算得出壳体在流场中的振动声辐射特性,分析了外壳与肋对双层回转壳体振动声辐射的影响。本文分析计算了不同形状壳体结构在单点简谐激振力作用下产生的结构振动和声辐射特性。通过比对单双层壳体结构以及改变双壳结构外壳、肋骨厚度情况的振动声辐射特性,综合分析后得出外壳与肋对双层壳体结构水下辐射声的影响。     

离心风机基频气动偶极子噪声的数值研究

运用计算流体动力学技术及声比拟理论研究了离心风机3个不同流量下蜗壳及叶片表面偶极子声源产生的基频噪声.风机内部三维瞬态流场由计算流体动力学模拟得到.根据气动声学的FW-H方程对蜗壳内表面提取偶极子声源,对于叶片噪声利用Lowson公式进行建模.为了使计算模型更符合实际,建立了以蜗壳为界的内外声学直接边界元模型,使用多区域声学边界元模型,考虑蜗壳对声传播的散射作用,内部噪声通过蜗壳的进出口传播到风机外部.结果表明:在非定常流场中,蜗壳表面的压力波动以基频为主,而叶片上的压力波动并没有明显的基频分量;蜗舌是基频噪声的最主要声源;随着流量变大,蜗壳辐射的噪声急剧增加;由叶片产生的偶极子基频噪声比蜗壳小,特别是在大流量工况下.     

浸没圆柱薄壳远场辐射声场的理论预估

以薄壳振动理论和结构－流体声振耦合理论为基础,运用边界积分方程建立了浸没在无界重质流体中两端有障圆柱形薄壳的强迫振动方程。用Ｆｏｕｒｉｅｒ变换方法给出了壳体位移的理论表达式,并对浸没薄壳的远场辐射声场进行了理论评估。研究结果对该类壳体的噪声和振动控制提供了理论基础。     

横掠二维串列双圆柱绕流气动噪声的数值模拟

对横掠串列双圆柱绕流噪声问题进行数值模拟,首先通过二维大涡模拟(LES)求解非定常不可压缩N-S方程捕获瞬时流场声源数据;然后运用基于Lighthill’s声学类比的FW-H方程及其积分解,计算由流体流动诱发产生的噪声。通过比较不同流速、直径、间距比对绕流流场以及由其产生的气动噪声的影响发现:流速、直径增加,辐射噪声级相应增大;流速增加,旋涡脱落频率增大;不同间距比对圆柱旋涡脱落有一定影响,从而影响到辐射噪声,存在噪声最大的临界间距比;同时辐射声场具有较明显的指向性。     

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。     

汽车空调系统离心风机气动噪声数值计算

将Lighthill方程转化为变分形式,考虑声传播在复杂固壁内的反射,折射等,利用有限元方法对某汽车空调系统离心风机气动噪声进行了数值计算.也采用积分方法对其气动噪声进行了计算,此方法采用自由空间格林函数,在求解远场声辐射问题时将其简化为自由空间问题.首先建立离心风机CFD计算网格,通过离散涡模拟计算了离心风机内部非定常流动,通过涡量云图、声功率云图及各处的压力波动曲线分析出主要噪声源为叶片压力面及蜗舌前后部;然后建立气动声学有限元计算模型,分为考虑蜗壳和不考虑蜗壳的情况,计算离心风机辐射噪声.有限元计算结果与积分法计算结果的对比表明:用格林函数的积分解法进行计算时,其所做的简化导致结果产生较大误差,气动声学的有限元计算方法与实际吻合较好.     

基于声压修正边界元方法的气动噪声数值模拟

为考虑非紧致固体边界散射作用的影响,通过声模拟与边界元相结合的声压修正方法预测流体流动引起的噪声,将所分析的问题降低一维,能够满足无限远处边界条件。频率不是很高时,四极子源辐射的声强度远小于边界散射声强度,可以忽略耗时的四极子源项体积积分计算。通过傅立叶变换在频域求解声压方程,避免了繁琐的时间延迟计算。     

基于一维/三维耦合模型的消声器声学性能预测研究

以某款商用车消声器为研究对象,针对一维线性消声器模型在高速气流影响下计算失准现象,研究一种基于一维/三维耦合模型的数值仿真分析方法;并结合实验数据对其结果进行验证。结果表明:随着发动机转速的提高,在某一转速后,一维消声器声学预测与实验数据不符,原因是在其内部产生了一维模型无法预测的气流再生噪声;基于Lighthill声类比理论的三维数值仿真,可较好地模拟空间域气动噪声场;并指出目标消声器再生噪声源产生域。一维/三维联合仿真可以实现真实情况下消声器声学性能的预测。     

高速列车转向架舱对转向架区域流场与气动噪声影响

根据涡声理论和声比拟方法,数值模拟了高速列车转向架简化模型的流场与气动噪声特性,分析了转向架舱对转向架流动与气动噪声性能的影响.结果表明:在单独转向架与转向架位于转向架舱内2种工况下,几何体近壁流场内形成的体偶极子声源为近场四极子噪声的主要声源,转向架表面压力脉动产生的面偶极子声源为声辐射主要声源;与单独转向架相比,转向架舱改变了转向架流动特性与声辐射指向性,削弱了转向架所产生气动噪声的强度,但转向架舱后壁会产生较大气动噪声.     

乘用车风噪声模拟研究

对某乘用车风噪声进行了模拟研究.首先,采用大涡模拟模型（LES）计算了乘用车的瞬态外流场,然后,应用Lighthill-Curle声学模拟理论,以后视镜及A柱区域为噪声源,预测了车外场点的噪声特性,模拟值与测量值在高频范围内比较符合.根据流场和声学模拟结果,分析了后视镜的声学缺陷.通过取消原后视镜上的凹槽,增加后视镜与A柱之间的连接距离,减小后视镜迎风面积和构形等手段,对后视镜的声学敏感区域进行了修改.最后,对修改后的模型进行了噪声测量,试验结果显示,模型修改后风噪声有显著降低.     

约束条件对薄壁构件辐射噪声影响的研究

采用结构辐射噪声FEM／BEM预测模型，对复杂结构进行了模态分析和噪声预测，研究了两种不同约束条件下薄壁构件的辐射噪声．结果表明，不同的约束条件下，复杂结构辐射噪声的主要来源不同。     

双空泡溃灭及空化噪声的建模

空泡溃灭时会产生很大的瞬时压强,造成流体机械装置的空蚀破坏并产生噪声和剧烈振动。为研究双空泡溃灭及溃灭时声辐射的规律,忽略流体的压缩性,建立了双空泡的运动方程。在L igh th ill方程基础上建立了双空泡溃灭时流体中的声辐射模型,并进行了数值计算。计算结果表明:随着空泡间距的减小,空泡溃灭的最小半径减小,溃灭时间延长,空泡辐射声压增大,说明空泡间的相互作用使空泡的溃灭过程变缓并使空泡辐射的噪声增强。     

应用于风扇后传噪声的三维降噪声衬优化设计技术

当今大型民机无一例外均采用降噪声衬来满足噪声控制要求。已有的航空发动机降噪工作主要是针对风扇前传噪声进行声衬优化设计且为二维轴对称声衬降噪设计。与风扇前传噪声相比,风扇后传噪声的准确预测是个挑战。本文发展了基于抛物线近似技术和Kriging代理模型技术,提出了风扇后传噪声三维降噪声衬设计方法和流程。首先基于线化欧拉方程,推导了其抛物线近似方程,把双向声传播的耦合问题近似成单向声传播问题,其次采用高阶色散关系保持(DRP)空间离散和低耗散、低色散龙格库塔方法（LDDRK）时间推进格式数值求解抛物线方程得到风扇后传噪声声传播预测结果,显著提高了三维声传播计算效率。同时建立代理模型降低优化寻优开销,发展了兼顾精度和计算效率的风扇后传噪声三维降噪声衬快速设计方法。验证算例表明,本文发展方法可以在满足计算精度前提下,高效率设计可降低风扇后传噪声的三维声衬。     

基于波叠加的噪声源识别方法

将波叠加方法引入了噪声源识别领域,结合基于传声器阵列的测量技术和可视化的结果表示方法,提出了一种新的噪声源识别方法,并通过仿真和实验验证了该方法的正确性.根据波叠加方法的原理,声源产生的空间声场可以用其内部的一系列虚源点来等效代替,而虚源源强可以通过匹配场点的声压来获得,进而由这些虚源重构任意场点的各种声学量.声压可通过阵列测量技术获得,计算结果可显示成等高线图、矢量图或动画,便于直观地判别出声源的位置、大小、传播路径.仿真和实验都取得了良好的分辨效果,表明该方法可对任意形状物体进行噪声源识别.