混流泵水动力噪声的数值预报方法

为了准确预报分析混流泵的水动力噪声,首先结合边界元法和点源模型理论完成静止壁面流噪声和任意边界条件下旋转声源噪声的数值计算与结果校验;然后以某混流泵为对象利用大涡模拟方法得到泵固体壁面脉动压力分布,在此基础上分别计算混流泵静止部件和旋转部件的水动力噪声,最后对二者声场进行叠加即得到了混流泵总声场。研究结果表明:混流泵静止壁面脉动压力幅值最强位置在叶轮与导叶的相互作用区域;静止部件对应的噪声峰值频率主要在叶频、导叶通过频率以及二者的谐频处;在混流泵进口截面叶轮引起的噪声占主要成分,静止部件的贡献可以忽略。     

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。     

基于点源模型的螺旋桨负载噪声频域预报

在点源模型基础上,将旋转力源离散为均匀分布在旋转轨迹上的有限个固定偶极源,各偶极源间的时间差转换为对应的相位差,结合边界元方法可以计算任意边界条件下的旋转声源频域负载噪声.以E779A船用侧斜螺旋桨为对象,在稳态流场计算得到验证的基础上,通过瞬态流场数值计算得到了不同时刻螺旋桨表面每个单元对应面力.将旋转面力沿运动轨迹离散后,首先计算了单个桨叶的负载噪声,计算结果同文献值符合较好;然后计算了整桨负载噪声,桨盘面内测点轴频对应的辐射声压最大,轴线方向测点叶频处辐射声压最大,负载噪声在桨轴平面指向性呈类8字形,表现为偶极子声源特性.     

圆管内旋转点声源声学频域分析

在任意运动点声源声辐射频域解的基础上，利用无限长圆环管道的格林函数推导了旋转点声源在圆管内空间任一点处的声压计算公式，讨论了单板子点声源作旋转运动时的声场分布规律和声场方向性特征，研究了源频率、旋转频率和流动马赫数等对声场声学结构的影响．研究结果表明：声场分布具有很强的空间指向性；源频率和旋转频率的变化将伴随着多普勒效应出现；在点源的上、下游，各频率的声压幅值基本对称；来流马赫数的大小对声场有影响，会使某些频率的声辐射出现尖锐的峰值，因此要避免点声源在某些流动马赫数下旋转．     

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.     

地下站台内轮轨滚动噪声的传播特性及其降噪措施

为分析轮轨滚动噪声作用下地下站台的声场特性,基于几何声学法建立了全尺站台三维声学仿真模型,首先利用有限元-边界元法计算得到了列车进站时引起的轮轨滚动噪声,并以此作为地下站台声学仿真模型的声源输入,研究了轮轨滚动噪声作用下地下车站站台内的声场分布及传播特性.在此基础上,进一步分析了轨行区吸声材料的敷设位置及敷设长度对站台...     

多极声源和螺旋桨辐射噪声的动态可视化仿真

研究了螺旋桨辐射噪声场和无空化低频线谱的预报方法,对单个及分布式多极声源、螺旋桨促动盘和脉动力源辐射声场进行了自编程数值仿真和动态可视化显示.结果表明:仿真得到的单个多极源声压分布与理论解一致,静止分布式偶极源声近场与声源间相位相关.因船底板反射影响,单个单极源和偶极源在船尾轴向均存在强声压区.有限长导管内单极源的弱声压区位置与导管亥姆赫兹数相关,仅在较大亥姆赫兹数下导管对偶极源存在明显声抑制作用.模型桨在4倍直径以外可近似看作声远场,其等价于位于盘面中心的单个多极源或位于桨叶壁面的分布式旋转多极源发声,但后者更为合理,且分布式偶极源须考虑声源之间的相位差.确定螺旋桨轴向脉动力后,低频线谱可由位于盘面中心的单个积分脉动力源发声求取,也可由位于桨叶壁面的脉动旋转力源发声确定.     

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.     

离心风机气动声学分析的一个理论模型和计算方法

通过求解具有延迟时间，包含三维流速影响的非齐次波动方程，得到了离心叶轮气动导报学的基本方程，对气动声源的分析表明，在离心风机的气动噪声中，起主要影响作用的是偶极子和四极子声源，而流动过程中产生的涡是最主要的四极子源，提出了一种用于分析离心风机气动噪声的声学模型，即忽略蜗壳进、出口声学软边界的影响，将蜗壳简化为一个封闭的声学硬边界柱壳，并推出柱壳腔体内的格林函数，利用该函数对离心风机内部由旋转叶轮产生的气动声场进行了时域求解并给出了理论解方程，在计算出离心风机内部的三维非稳定流场之后，利用本文模型和理论解方程就可求出与该流场相对应的气动声场。     

基于点源模型的螺旋桨空化噪声频域预报

以点源模型为基础,将螺旋桨桨叶空化体积等效为旋转单极源,将旋转单极源离散为均匀分布在旋转轨迹上的有限个固定声源,结合边界元方法可以在频域内计算任意边界条件下的螺旋桨空化噪声.以4148螺旋桨为对象,在已知单个桨叶空化体积的条件下,首先基于点源模型计算了单个桨叶的空化噪声,计算结果同Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H)方程计算结果较为相符;然后计算了整桨空化噪声,可见螺旋桨旋转效应对空化噪声的近场声指向性影响较大,对远场声指向性影响可以忽略.     

谱元法应用于涡声传播问题的研究

为了满足计算气动声学对低色散、低耗散高精度数值离散格式的需求,将高精度谱元法结合声比拟理论应用于求解气动声学问题。以伪声压的时间二阶导数作为非齐次波动方程的声源项,空间离散采用谱元法,时间离散应用隐式Newmark法,并在外边界采用C-E-M吸收边界条件,求解了由两个相距为2r0的等环量点涡组成的同向旋转涡对的发声问题。旋转涡对的不可压缩流场通过复位势理论获得,声源由流场量计算得来,并将数值结果与应用多级匹配展开法得到的解析解进行比较,可得数值解与分析解吻合较好。研究结果表明:应用高精度谱元法进行空间离散时,每波长的网格数为11时可达到很高的精度;网格数一定的情况下,时间步长越小得到的数值解与分析解之间的误差就越小;另外,证明了将伪声压对时间的二阶导数作为声源项,能够高精度求解不可压缩流动引起的气动声学问题。     

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.     

均匀流中泵喷推进器噪声特性数值模拟研究

以某泵喷推进器为研究对象,在以标模桨E779A进行数值验证的可行性研究基础上,针对泵喷推进器的流场特性进行计算,并将稳态结果与实验值进行对比验证,最后采用计算流体力学和声学比拟耦合方法对泵喷推进器各部件的近场噪声源和远场辐射噪声进行计算分析．结果表明：在表面噪声源强度分布上,占据声强的主要贡献部分分布在导管和定子前缘及内壁面、转子的叶梢及导边处;从声压级频谱结果来看,整体部件和转子部件在叶频及其谐频处呈现明显的线谱特性;在对噪声的贡献量上,转子部件占主导部分,定子贡献最少;在声场指向性上,轴向平面上各监测点总声压级指向性呈“8”字形分布,表现为偶极子声源特性．该研究结果对泵喷推进器噪声特性研究及降噪设计有一定的参考作用．     

离心泵作透平水动力噪声特性研究

为研究离心泵作透平在水动力载荷激励作用下的噪声特性,以某单级离心泵反转作透平为研究对象,基于雷诺时均法获得透平内部非定常流场,进而运用直接边界元法求解叶轮和壳体壁面偶极子源引致的噪声,并借助水听器对透平出口水动力噪声进行试验测量.在对计算获得的水动力噪声试验验证的基础上,对比了各过流部件压力脉动特性以及不同性质噪声源的辐射声压特性.研究结果表明,450Hz以内的低频段内,壳体声源作用的水动力噪声能够体现多声源的共同作用,最优和大流量工况下计算与试验频谱曲线吻合较好,叶频及其倍频下平均误差仅为4.35%.蜗壳内压力脉动主频为叶频,叶轮流道内除次主频叶频外存在1个主频轴频,进水管和尾水管内压力脉动主要为蜗壳内压力脉动传播所致,而叶轮内部形成的低频压力脉动传播现象不明显.轴频处,叶轮旋转偶极子作用下的声压较强;而在叶频及其倍频处,壳体偶极子是主要声源.     

某叉车驾驶室外辐射声场预测研究

以某叉车驾驶室为研究对象,应用了PML方法和边界元法对驾驶室结构振动引起的外辐射声场进行分析预测。在CAE分析过程中,建立了叉车驾驶室PML方法和边界元法声学模型,并以接近实际工况下的振动位移为边界,计算了叉车驾驶室外近场点的声压情况,分析结果表明两种数值方法计算的声场结果基本一致,并与实际场点测试情况对比,测试结果作为CAE数值仿真判断依据,检验了模型的正确性。最后,在此元模型基础上对远场点进行预测分析。两种方法都能有效地分析驾驶室外声场,为结构设计和结构噪声辐射控制提供指导。     

螺旋离心泵叶轮中三维势流的边界元法

首先讨论了边界的离散单元、边界积分方程的离散方法和边界条件的给定,然后给出了计算实例,并把数值分析所预测的扬程与试验结果相比较,说明边界元法能较好地计算出螺旋离心泵叶轮中的流场。     

基于声比拟法的埋地输气管道泄漏数值模拟

为研究埋地天然气管道泄漏声源的特性,运用声比拟法(FW-H)与CFD理论对管道泄漏声场进行仿真模拟,计算泄漏声场气动噪声源的类型与声强信号,为检测和定位泄漏点位置奠定理论基础。结果表明：埋地管道发生泄漏后,管内流体速度分布均匀,管外土壤中泄漏流体的速度变化梯度较大;管道泄漏的主要声源是偶极子与四极子声源,其中偶极子声源集中在管道内壁面,四极子声源集中在管道外的开阔区域;随着埋地管道内压的增加与泄漏口直径的扩大,泄漏声场的声波强度逐渐增大,但泄漏口直径变化所引起的声强增幅程度远小于内压变化所引起的声强变化。     

基于吸收边界条件的平面直角坐标系下点声源声场的仿真

现有的声场仿真方法多较为复杂,适用范围有着较大局限性,且对仿真区域之外的声场直接忽略造成较大误差.为此将时域有限差分算法引入到声场仿真中,通过基本公式的推导、吸收边界条件的计算和对角点的处理,实现了平面直角坐标系下简单的余弦脉冲点声源和正弦连续点声源所产生声场的仿真.这种方法计算效率高,有着很广的适用范围和更好的仿真效果,并可以进一步推广至三维坐标中使用.     

空气中圆形平面发射器参量源声场计算与模拟

基于空气介质的非线性性质,改进伯克泰线源端射阵计算模型得到正轴声场解的局限,提出一个圆形平面发射器参量源辐射声场数学模型,以参量点声源的距离和再现声场点的距离的关系作为分割点,对参量点声源到再现声场点的距离作不同的夫琅和费近似,在计算差频波再现声场的同时获得正轴和偏轴方位的声响应.将数值计算模拟结果和实验结果比较,该模型能够更准确地表现二次再现差频波声场的分布状况.     

离心泵水动力噪声预测

利用计算流体动力学(CFD)方法对离心泵内的三维流动进行数值模拟,基于CFD结果分析流场的非定常特性,并从非定常计算中提取偶极子声源信息,再应用边界元计算方法,对比分析是否考虑结构振动两种情况下边界上的响应情况,结果表明:考虑振动时的声场分布更加合理,进而在声振耦合计算的基础上,求解泵内偶极子噪声的辐射水平.