振动噪声和气动噪声统一分析方法的理论研究

首先对振动声学和气动声学理论进行了关联性分析,证明了振动声辐射的积分方程是FW-H方程的一种特殊形式,表明声比拟理论不仅适用于气动噪声的预测,而且同样适用于振动噪声的预测,是分析噪声产生机理的普适化理论。然后利用FW-H方程计算了球脉动和振动辐射噪声的声压级,计算结果和采用振动声学理论分析得到的结果完全一致。在此基础上,对流固耦合噪声的预测方法进行了探讨分析。结果表明,流体和弹性薄壳体耦合作用激发的噪声仅取决于流体的运动速度和流固界面的作用力,而与壳体边界的振动速度无直接相关。     

滤波白噪声路面时域模拟方法与悬架性能仿真

为合理模拟路面时域模型,通过路面不平度空间功率谱密度分析路面频域模型,并由路面频域模型推导路面时域模型的滤波白噪声数值模拟方法.提出了采用滤波白噪声方法模拟路面时域模型时,改变仿真车速的同时需调整白噪声采样频率使之与车速相配.通过分析生成的路面时域模型的空间功率谱密度,验证了路面时域模型的准确性.比较只改变车速和所提出的改变车速并调整相应白噪声采样频率模拟的路面时域模型的高度历程、频谱和空间功率谱密度,得到了后者模拟方法更符合标准等级路面的结论.并通过仿真,分析比较了某1/4车辆悬架模型在不同方法生成的路面时域模型输入下的系统响应精确性,体现了所提方法的重要性.     

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.     

电力线信道噪声分析及建模研究

电力线信道噪声干扰是影响电力线通信(power line communication,PLC)的主要因素,为了研究电力线信道噪声的统计特性,以采集的场测噪声数据为依据,在时域和频域分析了低压电力线信道的噪声特性,并以此为基础,利用统计的方法建立了窄带噪声和脉冲噪声模型。通过实测噪声的统计特性对所建噪声模型进行优化,对电力线信道噪声的统计特性进行了计算和仿真。结果表明,所建立的电力线信道噪声模型与采集的实际噪声相比,时域波形几乎一致,而在频域上误差小于8.51%,从而验证了所建立模型的有效性。     

双口网络噪声模型的系统理论及其应用

从放大器实际存在的时域原始噪声模型出发，推导出两个时域等效噪声模型，并由此扩展到频域，得到了相对应的几个功率谱噪声模型，从而系统地给邮了双口网络噪声模型理论和一系列实用的计算公式。将这些理论应用到光纤通信接收机前置放大器的噪声计算上，用统一的方法，算出了光接收机ＢＪＴ和ＦＥＴ前置放大器的泖输入端噪声电压电流功率谱，供光接收机设计作用。     

恶劣环境下的电力线通信噪声建模研究

在电力线通信过程中,电力线噪声是影响电力线通信性能的主要因素。该文依据电力线噪声特性,将其分为:背景噪声和脉冲噪声。对工业现场采集的电力噪声数据进行了分析,在频域建立了背景噪声功率谱密度模型,在时域根据噪声的时间特性建立了伯努利脉冲噪声模型,通过对伯努利脉冲噪声模型的改进,得到了单个脉冲噪声持续时间较长的特殊脉冲噪声模型。结果表明,仿真模型能很好地逼近实际电力线噪声情况。     

基于大涡模拟和FW-H方程的二维圆柱风噪声模拟

针对不同直径二维圆柱的风噪声,采用大涡模拟和FW-H方程声类比的方法进行计算,将基准模型的计算结果与他人计算和实验结果进行对比,分析不同直径二维圆柱的远场声场特征.研究表明:基准模型的数值模拟结果与实验值非常接近,说明了本文计算方法的适用性;远场采样点的声压级频谱峰值频率随着圆柱直径的增大而减小,同根据斯特罗哈数为0.2的理论值计算的峰值涡脱频率接近;10~38mm直径工况远场采样点的总声压级随着直径的增大基本上呈线性增加趋势;总声压级和A计权总声压级随雷诺数的增加,呈现在亚临界区内增加、而在接近临界区时减小的变化趋势.     

小型车用压气机气动噪声分析

以车用压气机为研究对象,基于CFD稳态的RANS方程湍流模拟计算压气机的流场特性和宽频噪声,结果表明叶轮区域是压气机的主要噪声源.基于大涡模拟(LES)和Ffowcs-WilliamsHawkings(FW-H)方程的声比拟方法,以压气机叶轮为声源对压气机离散噪声进行预测分析.结果表明该压气机主要噪声源在叶轮区域.以压气机叶轮为声源进行仿真计算所得声压与实验值大体趋势相同,仿真值比实验值略高,误差在10%以内,表明该仿真计算方法可行,对进一步研究压气机噪声控制具有参考价值.     

基于FW-H方程的飞机低速构型气动噪声计算

由流体力学Navier-Stokes方程导出的非齐次波动方程———Ffowcs Williams-Hawkings方程(以下简称FW-H方程),可以精确描述在静止流体中运动物体与流体相互作用的发声问题.以FW-H方程为理论依据,采用混合方法:近场声源区采用CFD求解,获得流场信息;远场声传播区采用自主开发的声场计算程序求解三维FW-H方程时域解,计算得到观察点频谱图和总体声压级.     

考虑固体颗粒的自由喷流噪声的数值研究

研究固体颗粒对喷流流场和声场的影响.选取6种不同的湍流模型，对自由喷流进行稳态计算分析，对比发现RNG k-ε模型最适合用于稳态喷流数值模拟；采用LES模型计算喷流的非稳态结果，并结合FW-H方程进行了喷流声场分析，与试验数据进行对比，验证了数值模型的正确性；在此模型的基础上，添加固体颗粒研究其对自由喷流流场和声场的影响，仿真结果表明固体颗粒的存在减小了喷流流场的超音速段长度，显著提高了喷流温度；增大了喷流下游区域噪声，减小了中上游区域噪声.      

某轴流风机噪声特性与降噪研究

为实现某款车载方舱轴流风机的降噪，进行了轴流风机噪声特性研究。基于RNG k-ε模型、大涡模拟模型和FW-H噪声模型，运用滑移网格法和多重参考系法(Multiple reference frame, MRF),从稳态和瞬态两个维度对风机的偶极子噪声进行了数值模拟。结果显示：风机的噪声声压级为45.6 dB;在安装风机罩后，数值增大到59.2 dB。采用调整风机罩安装距离和出风口形状进行了降噪研究，研究表明：风机罩安装距离增加到25 mm时，噪声从59.2 dB降低到了51 dB;风机罩出风口改为扇形结构后，噪声从59.2 dB降低到了53.8 dB,降低了9.1%,降噪效果明显。     

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。     

数字高斯白噪声的频域和时域特性分析

分析了数字高斯白噪声在频域的频谱特性和在时间域的统计特性,提出在数字处理速度一定时,随着输出噪声频域带宽的增加,输出噪声的时间统计特性不再符合高斯分布.通过增加滤波器阶数可以提高噪声的时间统计特性,但是将增加输出噪声的带内波动.通过计算机仿真验证了上述的理论分析,并给出了频域和时域特性都满足相应要求的带宽范围实验值.     

表面等离激元强弱耦合的频域和时域研究

从频域和时域两个维度研究表面等离激元耦合系统在强耦合与弱耦合区域的特性, 在理论上研究给定参数的表面等离激元耦合系统的本征频率、损耗以及亮暗模式随耦合强度的演化。在频域上对门结构在强耦合区域的杂化模式特征、散射光谱特性、偶极子与四极子模式的劈裂情况进行数值计算; 在时域上, 由于激发出两个不同频率的杂化模式叠加形成拍频, 利用拍频信号周期可以精确地给出杂化模式的频率, 得到散射光谱对应的频率不是精确的模式频率的结论。通过扫描耦合距离观察模式演化, 找到奇异点所处区域, 通过系统的频域响应拟合, 确定奇异点的位置。在弱耦合区域, 时域计算给出亮暗模式分别按自身衰减速率衰减的预期结果。     

基于二维变形体入水的滑行艇水动力研究

为寻找准确便捷估算滑行艇水动力的方法,在二维半理论的简化模型下,通过CFD方法建立气液二相流VOF模型,数值模拟二维变形体入水砰击过程,对滑行艇稳定直航状态下的动升力进行研究.为验证数值模型精度,首先对二维楔形体入水进行数值模拟,并将得到的砰击参数与理论近似解结果进行比较,进而根据船模实验中的航行姿态,将三维船体稳定直航简化为二维变形横剖面入水过程并通过动网格技术进行数值模拟.将变形横剖面入水不同时刻的动升力沿船长方向对应的横剖面位置进行积分得到全艇的动升力.同时,对三维船体进行绕流计算,将得到的动升力与二维积分结果以及实验值进行对比.计算结果表明,二维和三维计算结果均与实验数据基本吻合,通过CFD方法计算基于二维变形体入水的高速滑行艇水动力问题具有可行性.     

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.     

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。     

深水管汇下垂式下放安装入水过程分析研究

下垂式安装较适用于深水水下设施下放，且对安装船舶的要求小，操作方便。本文采用船体、索和水下设施三者间的非线性耦合时域分析技术，建立了安装船舶水动力计算模型、安装吊索和水下设施Morison模型，检查收敛精度，选择计算参数。针对管汇下垂安装入水过程进行数值模拟分析，对我国深海工程施工有一定的参考价值。     

集成驱动式结构的永磁同步电机振动噪声特性

以电机-减速器集成化的电动车动力总成为研究对象,建立了动力总成有限元模型,并对比了有无减速器结构时的电机模态.分析了电动车动力总成振动噪声的产生机理,综合考虑齿轮动态啮合激励以及电机电磁激励,对动力总成进行动态响应数值仿真分析.通过频域分析研究了系统的振动噪声特性,得到了集成化结构对电机动态特性的影响.对动力总成进行声振试验,验证了理论与仿真分析所得结论的正确性.结果表明:集成减速器后,电机的模态和振动噪声特性均会发生变化.     

燃烧室热-声-固耦合数值模拟研究

为减少NO_x等污染物的排放,现代燃气轮机多采用贫油预混燃烧技术,由此产生较为突出的燃烧振荡与燃烧室结构疲劳问题。应用有限元软件建立燃烧室数值模型优化燃烧室模型网格;对比分析进气速度対数值模拟结果的影响;运用单向耦合与双向耦合方法计算分析了燃烧室热-声-耦合特性。研究表明:网格质量在一定程度上影响计算精度,进气速度对数值模拟结果影响较大;相对于声压载荷,热载荷对结构固有频率和振型影响较大,特别是在高频段;双向耦合较单向耦合数值模拟结果与实际情况更为接近。热-声-固耦合分析方法对发动机燃烧震荡机理研究及其抗热-声-固耦合疲劳设计具有应用参考价值。