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射流冲击广泛存在于工业生产中,关于射流冲击噪声的研究主要集中在高音速的声源机理和低速的传热传质,忽视了低速射流(v<0.4Ma)产生的气动噪声问题。本文围绕斜板和长圆柱两个障碍物,建立射流噪声预测方案,开展机理研究。
基于大涡模拟(Large eddy simulation)结合声类比方法(Acoustic analogy method)的流动噪声预测理论,本文根据射流的流场特征明确了网格分布、控制方程和声积分面的处理方法,构建射流冲击斜板和长圆柱的物理模型。
利用射流冲击斜板实验值择优声积分面,验证数值噪声预测准确性,进而开展不同斜板角度、射流速度和冲击距离的数值计算研究,结果表明:射流冲击的低频噪声特性与自由射流相近,因此认为空间的低频噪声主要由喷嘴出口的剪切旋涡脱落向外辐射;射流冲击斜板比自由射流有明显的中频峰值宽频特性,气流冲击和板面二次射流对空间声场的中频段噪声贡献明显。另外,流速是总声压级大小的决定性因素,斜板角度会改变空间湍流能量分布,进而改变空间声场。
声类比方法将流场与声场解耦计算,因此无法求解声源解析解,对声源分布、贡献量和机理的探究存在缺陷。根据射流冲击长圆柱为模型,尝试引入流场压力系数的均方值描述流场的压力脉动特点,通过傅里叶变换(Fast Fourier Transform)获得压力系数的能量谱密度分布,将数值计算的流场信号与远场实验数据的噪声特性关联,结果表明:流场监测点的特征量能反映流动噪声的特点,特征量的谱分析可用于解释远场噪声频谱特征,基于流场特征量的分析可为射流冲击气动噪声的预测、控制和机理研究提供依据。通过声极子源强项合理解释不同声源类型的贡献量和分布,明确偶极子和四极子源强项的强度在数量级上都为108,空间声强由两种声源共同辐射。偶极子源强区主要分布在撞击面上,四极子源强区主要在喷嘴出口分布,由于偶极子的作用面积更大,展现出对空间噪声更大的贡献。
基于大涡模拟(Large eddy simulation)结合声类比方法(Acoustic analogy method)的流动噪声预测理论,本文根据射流的流场特征明确了网格分布、控制方程和声积分面的处理方法,构建射流冲击斜板和长圆柱的物理模型。
利用射流冲击斜板实验值择优声积分面,验证数值噪声预测准确性,进而开展不同斜板角度、射流速度和冲击距离的数值计算研究,结果表明:射流冲击的低频噪声特性与自由射流相近,因此认为空间的低频噪声主要由喷嘴出口的剪切旋涡脱落向外辐射;射流冲击斜板比自由射流有明显的中频峰值宽频特性,气流冲击和板面二次射流对空间声场的中频段噪声贡献明显。另外,流速是总声压级大小的决定性因素,斜板角度会改变空间湍流能量分布,进而改变空间声场。
声类比方法将流场与声场解耦计算,因此无法求解声源解析解,对声源分布、贡献量和机理的探究存在缺陷。根据射流冲击长圆柱为模型,尝试引入流场压力系数的均方值描述流场的压力脉动特点,通过傅里叶变换(Fast Fourier Transform)获得压力系数的能量谱密度分布,将数值计算的流场信号与远场实验数据的噪声特性关联,结果表明:流场监测点的特征量能反映流动噪声的特点,特征量的谱分析可用于解释远场噪声频谱特征,基于流场特征量的分析可为射流冲击气动噪声的预测、控制和机理研究提供依据。通过声极子源强项合理解释不同声源类型的贡献量和分布,明确偶极子和四极子源强项的强度在数量级上都为108,空间声强由两种声源共同辐射。偶极子源强区主要分布在撞击面上,四极子源强区主要在喷嘴出口分布,由于偶极子的作用面积更大,展现出对空间噪声更大的贡献。