泵喷推进器低噪声优化设计

以某水下无人潜航器为研究对象,在验证所用方法可信性的基础上运用旋转机械三维反问题设计方法、计算流体力学及计算声学等方法对泵喷推进器进行以降低噪声为目的的优化设计.研究结果显示:对泵喷推进器叶轮施加侧斜、纵斜及叶稍卸载可有效削弱叶轮和导叶之间的相互作用,进而明显降低了叶轮辐射噪声,通过进一步缩短叶轮的叶顶弦长来降低叶轮与导管内壁面之间的相互作用,泵喷推进器静止部件噪声和推进器总噪声均显著降低.     

高速列车受电弓气动噪声数值模拟

受电弓作为高速列车主要噪声源之一,是一个包含许多部件的复杂结构。为研究受电弓气动噪声的主要噪声源以及远场气动噪声特性,基于计算流体力学开源软件OpenFOAM,采用大涡模拟结合K-FWH方程的联合方法,探究受电弓在250 km/h、300 km/h和350 km/h等不同速度下运行时的流场及气动噪声特性。通过模拟受电弓在不同速度以及不同开口状态下的运动,得到受电弓的频谱特性以及噪声源分布规律。结果表明,高速列车受电弓引发的远场气动噪声主要是低频和中频噪声,并且噪声频谱具有明显的主频。而远场噪声指向性方面,受电弓产生气动噪声具有偶极子特性,噪声主要向尾流斜上方传播。受电弓不同开口方向,所诱发的噪声声压级并不相同,闭口状态诱发的声压级更大。研究结果能为日后降低高速列车受电弓气动噪声的研究以及工程降噪问题提供理论参考。     

履带式车辆内部噪声特性分析

对履带式车辆内部噪声级和噪声频谱进行了测试,分析了主要噪声源,给出了驾驶室中噪声的空间分布。行驶时车辆内部各点的声压级均大于100 dB（A）,在驾驶室中的噪声分布呈现前低后高、上低下高的特性。发动机的噪声辐射及其对车体结构的动态激励是驾驶室中最主要的噪声源,而行走系统对驾驶室内噪声的影响相对次要。倍频程曲线表明,低频处的声压级明显高于中高频处的声压级。     

基于流动诱导噪声的喷水推进泵进水流道优化

为降低喷水推进泵流动诱导噪声,以进水流道倾斜直管的倾斜角、唇部圆角半径、纵向总长、过渡弯管半径及进水口形状为优化参数,对进水流道结构进行了组合优化．基于分离涡混合模拟和声学有限元方法建立了喷水推进泵流动诱导噪声数值计算方法,并通过试验结果验证了数值计算方法的可靠性．基于数值计算,分析了不同进水流道方案下喷水推进泵的水动力性能、压力脉动特性和流动诱导噪声特性．结果表明：最优方案下喷水推进泵推力提高0.103%,扭矩提高7.7%;压力脉动幅值整体下降;流动诱导噪声主频处声压级幅值下降1.8 dB,全频段总声压级下降1.0 dB,中低频段和高频段总声压级分别下降1.0 dB和3.5 dB.     

汽车车身部件气动噪声贡献量数值模拟研究

利用大涡模拟(LES)对某典型车型瞬态流场进行仿真计算,应用Lighthill-curle声类比理论,采用宽带噪声源模型(BNS)及FW-H方程,对汽车车身部件气动噪声进行数值模拟研究。分析了车身各板块及凸出部件附近气流的分离情况及外场声压级大小,对比了有、无部件时车外声场的差异;并确定了车身各部件气动噪声的贡献量。通过气动噪声贡献量的对比发现,汽车各部件中近场总声压级贡献量相对较大的为底盘和车轮、天线和雨刮器相对较小;远场声压级贡献量中,车身和底盘相对其他部件较大,天线相对较小;且车外远场点声压级的大小和各部件辐射噪声的强度以及其辐射面积正相关;车身板块中贡献量相对较大的为侧围和轮腔,较小的为前挡风玻璃。     

喷泵叶轮旋转方向对喷水推进性能的影响

采用雷诺数与弗劳德数全相似的方法预报了某双泵推进单体船喷水推进器外旋和内旋对推进和噪声性能的影响.以某混流式喷水推进器水动力性能为校验对象,验证了该数学模型和数值方法的可信性.比较了某航速下喷泵外旋及内旋时推进器推力、流量、轴功率、泵效率及推力效率的变化.叶轮旋向对推进器的流量及推力影响较大,对该航速下推力效率及泵效率影响较小.采用DES湍流模型进行了流场的瞬态计算,比较内旋及外旋泵在自航点内流场压力脉动的变化,外旋泵压力脉动的最大值大于内旋.根据瞬态计算结果进行了噪声的计算,结果表明,内旋喷泵的噪声小于外旋喷泵.     

列车气动噪声源噪声贡献度研究

摘要：建立某型列车气动噪声计算模型,基于标准湍流模型和大涡模拟（LES）计算车外瞬态流场,用FW-H方程预测了列车远场气动噪声。分别计算了列车整体、车体、受电弓、转向架为噪声源时对外辐射噪声的总声压级和贡献度,并对不同噪声源产生的气动噪声频谱特性进行了分析。计算结果表明：受电弓滑板处具有最大的总声压级,其次在车头和头、尾车转向架处较大;车体和转向架对列车远场噪声贡献度较大,而受电弓对其附近区域噪声贡献度大于远场;车体和转向架噪声主频在400Hz～1250 Hz,而受电弓主频出现在500Hz,且低频噪声幅值很小。列车整体对远场的辐射噪声,与利用车体、受电弓和转向架为噪声源得到的远场噪声叠加相吻合,验证了计算的准确性,对噪声的计算研究有一定的参考价值。     

射流离心式自吸泵外场流体动力噪声特性分析

在非稳态湍流模型LES(大涡模拟)数值计算基础上,运用声学有限元及有限元声振耦合方法对Jet750G1型的射流离心式自吸泵外场流体动力噪声进行计算,分析三个典型工况下各过流部件诱发的外场噪声贡献和辐射特性.建立了流体动力噪声实验系统,用水听器测试泵出口处的噪声信息,结果表明:导叶偶极子声源对外场噪声的贡献最大;外场流体动力噪声在轴面上呈现明显的偶极子对称分布特性,泵体本身的结构特点使极小值出现在旋转轴方向;泵在非额定工况下运行的叶轮辐射声功率较额定工况明显提高,但定子部件辐射声功率随工况变化较小;泵体结构的固有频率和泵内流体的压力脉动相互作用是外场噪声产生的主要原因.     

泵喷推进器非定常空化性能数值模拟分析

摘要： 基于均质多相流的RANS(Reynolds Averaged Navier Stokes)方程,采用分块网格技术生成高质量结构化网格,同时结合剪切应力SST（Shear Stress Transport）k－ω湍流模型和Z G B(Zwart Gerber Belamri）空化模型以对NACA66翼型进行了定常流空化性能数值模拟,数值计算结果与实验值吻合良好,验证了数值计算法的实用性与可靠性.在此基础上,利用URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes）方程和滑移网格技术,对装有泵喷推进器的无人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle,UUV）进行了非定常流空化性能数值模拟与分析.计算结果表明,数值模拟可以较为精确地预测泵喷推进器空化现象的起始与发展、形状与位置等特性;空化现象发生时,泵喷推进器效率出现明显的降低且达到20%以上;UUV表面与定转子叶片的压力分布较为合理,与空化现象吻合;转子叶顶区域压力面与吸力面之间的压差引起了顶隙梢涡与顶隙空化,造成了泵喷推进器效率进一步的损耗.     

煤矿掘进工作面不同声源位置下声场分布

煤矿掘进工作面噪声污染严重,影响井下作业人员身心健康与安全生产。为了解噪声源位置改变时煤矿掘进工作面声场分布情况,基于煤矿实例建立掘进工作面物理数学模型,采用数值模拟和实验验证相结合的方法,分析噪声分布特征及噪声源位置变化对声场的影响。研究结果表明：噪声源靠近壁面或地面时,工作面内声场分布较紊乱,产生的高噪声区域较广,不利于工作面的噪声衰减;当两个噪声源的相对距离在10 m以内时,声压级衰减曲线呈“W”型,当两声源相对距离超过10 m时,声压级衰减曲线呈“M”型;实验测试与数值模拟结果基本一致,验证了搭建的模型及模拟结果的可靠性。研究结果可为煤矿掘进工作面环境噪声的预测与控制提供了依据。     

基于逆边界元法的内燃机噪声源识别方法

对内燃机复杂噪声源进行识别和排序是内燃机噪声控制的关键．基于逆边界元法（IBEM）的噪声源识别技术,利用边界元法建立了声场与结构表面振动速度之间的声学传递向量（ATV）．将常规的声压测量作为输入数据,在逆向数值计算方法的基础上能够精确地重构出结构表面法向振动速度,进而获得源面详细的振声特征信息．针对某轿车柴油机,测试了额定工况下近场144个场点声压,应用该方法在发火频率点处,重构出了柴油机表面法向振动速度分布．通过对比预测和实测声场点声压,验证了该方法的有效性．在噪声面板贡献量分析的基础上,对该柴油机各功能部件的噪声贡献量进行了排序,并得知额定工况下该柴油机的机体裙部是主要的噪声辐射部位．应用实例说明了该方法对复杂噪声源识别易于实施。具有更广的工程适应性．     

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。     

电动螺旋桨飞机舱内噪声特性分析及优化

电动螺旋桨飞机运行中机舱内噪声,严重影响驾驶员和乘客乘坐的舒适性,因而对其舱内噪声特性研究十分必要。本文以某型电动螺旋桨飞机为研究对象,对其运用大涡模拟计算螺旋桨旋转产生的气动噪声并将其作为舱内噪声的边界条件,采用FEM、BEM耦合理论得到封闭声腔下舱内声振耦合声场分布,通过试验场点与数值场点来对比验证。研究表明,随着螺旋桨转速升高,在飞机的头部和尾部处声压级较高,舱内场点总声压级试验结果与数值计算结果非常吻合,在飞机巡航时人耳处总声压级最大误差为3.6%。以人耳处A计权为目标值,通过响应面法优化飞机舱内噪声,建立了人耳处总声压级(计权A)与各个试验因素(材料、厚度、面积)之间二次方模型,结果显示人耳处总声压级(计权A)降低了12dB。证明了计算电动螺旋桨飞机舱内噪声方法的准确性,为舱内噪声优化提供了一种简单有效的方法。     

斜流中泵喷推进器流场变化规律数值分析

基于SST(剪切应力输运)k-ω湍流模型与滑移网格技术,对不同进速系数(J=0.95,1.18,1.58)及不同斜流角(β=0°,10°,20°)下泵喷推进器流场变化规律进行了数值分析.利用P4119桨进行了数值方法验证,并进行网格无关性验证.为保证计算结果的准确性,采用全通道模型及全结构网格进行数值计算.计算结果表明:随着斜流角的增大,横向力和垂向力出现明显波动,不同斜流角间的波动幅度相对一致,且随着斜流角的增大而减小;随着进速系数及斜流角的变化,压力系数在转子导边、随边处出现明显波动差异,定子叶片压力系数波动比较稳定.     

不同叶顶间隙对泵喷推进器性能的影响

基于均质多相流的RANS方程与分块网格技术,结合剪切应力SSTk-ω湍流模型,对E779A桨进行了非空化与空化数值模拟,数值计算结果与实验值符合较好,验证了数值计算方法的合理性与有效性.在此基础上,对不同叶顶间隙的泵喷推进器进行了非空化与空化数值模拟计算,重点对叶顶间隙处流场进行了精细后处理.结果表明:未空化时,间隙尺寸越大,泵喷推进器整体效率值越低,最大间隙与最小间隙之间的效率降幅最大为8.62%,叶顶间隙尺寸直接对泵喷推进器的最优进速系数产生影响.当空化发生时,在最优进速系数下的推进器效率下降幅度最小;间隙尺寸越大,空化后的推进器整体效率越低;在较高转速下,较大间隙的空化面积在叶稍处有更为明显的激增量.     

基于远场声阵列技术的摩托车噪声源特性分析

利用基于波束成形的远场声阵列噪声源分析技术研究了摩托车辐射噪声的声源特性.利用加速噪声测量得到的结果,确定了最大噪声级所对应的发动机转速.在此条件下,研究了摩托车整车左右两侧噪声源辐射的频率特性和能量分布特性,并利用声学重建技术构建了具有最大声压级频率分布特性的全场声压分布特性.通过与光学图像的自动重叠,获得了摩托车整车最大噪声源的频率和空间位置及产生来源,由此确定了合理降噪技术路线.试验结果表明,声阵列技术能够快速有效地进行噪声源诊断和声源空间定位.     

高速列车受电弓气动噪声特性分析

以某高速列车受电弓为研究对象, 探讨其在350 km/h速度下的气动噪声特性。采用延迟脱体涡模拟(DDES)和声学有限元(FEM)相结合的方法, 分析带导流罩受电弓在升起和下降状态下, 近场和远场气动噪声空间分布规律和频谱特性, 研究流场计算时不同建模方式对诱发噪声幅值和指向性的影响以及壁板的反射和散射作用对噪声频谱特性的影响。结果表明: 1) 在本文选取的受电弓外形和开口方向下, 降弓和导流罩诱发噪声略大于升弓和导流罩诱发噪声; 2) 导流罩在低于300 Hz的低频区诱发噪声比例较大, 而受电弓在300 Hz后诱发噪声影响较大; 导流罩诱发噪声在升弓情形时所占比例相对较大; 3) 在指向性上, 导流罩诱发噪声在受电弓前部贡献较大, 受电弓诱发噪声在后部区域贡献较大; 在列车正上方区域, 弓体诱发噪声大于导流罩诱发噪声, 是主要的气动噪声源。     

涡桨飞机气动噪声的预估方法

本文对基于气动声学基础理论的涡桨飞机气动噪声预估方法进行了研究,发展了一种增升装置、起落架等机体部件噪声模型,建立了考虑迎角、机翼诱导干扰的螺旋桨噪声源模型,并结合等效噪声源法(ESM)方法考虑机体对螺旋桨噪声的散射,形成涡桨飞机气动噪声预估程序。采用某型涡桨飞机的噪声飞行试验数据进行了对比验证,预估结果相对于飞行结果在适航噪声测量点处的误差不超过2dB,表明了该噪声计算程序具备较高的预测精准度。     

浸没式喷水推进器水动力噪声的数值预报

为掌握浸没式喷水推进器水动力噪声的基本特征，基于点源模型和边界元方法探索该型推进器噪声的数值预报方法，并分析导管内壁面脉动压力特点以及导管对叶轮声场的屏蔽效应。结果表明：浸没式喷水推进器由于存在叶轮和导叶的相互作用，使得在导管内壁面存在较强的径向力脉动，导致静止部件声场在径向方向贡献最大；导管对旋转叶轮声场在较大范围内均存在一定的屏蔽效果，在径向方向最为显著；导管屏蔽效应导致推进器声场指向性与螺旋桨声场指向性存在较大差异。     

叶尖结构变化对风力机噪声源分布特性的影响

为探究由水平轴风力机叶尖结构变化所造成的风力机噪声源分布特性的规律,利用圆盘声阵列系统对不同叶尖结构风力机采用近场声全息技术和远场波束形成技术进行噪声源识别.采集得到运行中的水平轴风力机在额定工况下的噪声信号,分析了噪声源声压级变化情况以及风力机噪声声源位置的分布规律.结果 表明:叶尖结构变化可以有效降低风力机的气动噪声,改变了风力机叶尖噪声的强度和产生位置,在一定程度上降低了叶尖噪声.通过对风力机叶尖结构的优化设计可以在不损害风力机气动性能的同时,实现较好的降噪效果.