受限射流冲击尖劈障碍物流动与声学特性模拟

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本文主要通过数值模拟方法对受限射流冲击尖劈障碍物的流动和声学特性进行了研究。射流冲击障碍物时所产生的噪声源一般由自由射流段四极子源和流体流过障碍物时产生的偶极子源组成。由于受喷嘴直径、射流速度、障碍物的尺寸和障碍物在流场中的位置等因素的影响,射流冲击尖劈障碍物所产生的噪声是比较复杂的。  通过改变障碍物形状对受限射流流动特性进行了稳态模拟。根据模拟结果将此受限射流分为自由射流段、冲击段及流体壁面扩散段。当冲击角度较小时,被分离流体将在流场下游汇合;当冲击角度为140度时,被分离的两股射流流体将沿着各自冲击面的方向流出。当冲击角度相同冲击长度不同时,各个冲击面初始段压力大小相同,随着冲击长度增长,冲击面末端等于大气压力的长度增长,射流流体在空间上保持与冲击面平行长度增强。  通过改变障碍物在流场中的位置使用大涡模拟方法对受限射流流动进行非稳态模拟。由模拟结果可知喷嘴出口到障碍物尖端区域及障碍物的表面和附近存在涡生长、分离、破碎等现象。当障碍物位于流场的不同位置时,会影响自由射流流场涡环配对情况,进而影响到自由射流段四极子声源分布;同时,由于在自由射流不同位置处的流体流动速度不同,因而不同位置处的障碍物所产生偶极子源脉动强度也是不同的。  将大涡模拟所得流场脉动压力作为声源,利用了FH-W方程数值求解了受限射流远声场声噪声特性。当障碍物位于流场相同位置,且观测点到喷嘴距离相同时其轴向的声压级值总是大于径向的声压级值;当测点的方向相同时观测点处的声压值大小是随着距离的增加而降低的。当观测的位置相同时,障碍物位于流场10d位置处时所接收到的声压级最大,位于5d处次之,而位于15d处时接收到的声压级值最小,这主要是由自由射流流场速度的分布、自由射流声源分布、障碍物在流场位置及障碍物形状共同作用导致的。
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