超声速轴对称射流气动声学的数值模拟

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由于射流气动噪声在工业以及学术上的科研价值,针对射流气动声学的数值模拟一直很受重视。超声速不稳定波是导致射流失稳和转捩的主要不稳定模态,这种模态以马赫波的形式辐射到远场,从而产生强烈的声场。  本文以超声速轴对称射流作为研究对象,对其气动声场进行数值模拟。将超声速轴对称射流气动声场的计算分为近场和声辐射远场两部分。基本流采用实验拟合函数。入口加入的扰动波由线性稳定性理论获得。近场采用非线性扰动方程计算,得到近场特性以及声辐射远场所需要的压力扰动幅值曲线。声辐射远场计算采用Wu积分理论。对于远场Wu积分正确性的检验,首先选择实验工况研究,将计算结果与实验结果对比,两者吻合较好。然后将远场Wu积分理论的近场部分结果、近场Wu积分理论计算结果以及非线性扰动方程所得结果三者进行对比,三者吻合很好。对马赫波辐射进行了机理性研究,包括马赫波辐射的方向,辐射源位置。最后用上述方法研究了斯特劳哈尔数对马赫波辐射的影响。  通过本文的研究得到如下结论:  1.在超声速轴对称射流中,Wu积分理论的计算结果与实验结果、非线性扰动方程所得结果均吻合,可以用于声辐射远场的计算。  2.当入口加入单个扰动波时,马赫波辐射具有很强的方向性,马赫波辐射能量沿固定方向辐射出去,扰动波相位沿另一固定方向传播,这两个方向相互正交。  3.马赫波辐射的辐射源可以确定,辐射源位于扰动压力幅值最大处。  4.马赫波辐射与斯特劳哈尔数有关,随着斯特劳哈尔数的增大,马赫波辐射源向射流出口靠近,马赫波辐射的区域更集中,辐射的能量更大。
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