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腔体流动噪声的数值模拟与实验研究

作　者: 吴朵
导　师: 赵良举
学　校: 重庆大学
专　业: 热能工程
关键词: 腔体模型大涡模拟腔体流动噪声自激振荡噪声分析
分类号: TB535
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着对车辆其它噪声源的有效控制和行驶速度的不断提高,高速车辆的气动噪声越来越突出,已成为主要噪声源之一,严重的影响了车辆驾驶的舒适性和外部的客观环境,因此必须加以研究和控制。减小腔体流动噪声能改进乘坐的舒适度,减轻车辆对环境的噪声污染,具有重要的学术意义和实用价值。本文对低速湍流流经腔体时腔体内流动及腔体辐射噪声进行了数值模拟。流场的计算使用大涡模拟模型,获得流场数据后使用混合方法应用FW-H声学类比分析得出了由流动诱发的噪声。同时,设计加工了腔体模型并在风洞中进行流动噪声实验。数值模拟和实验研究得到如下结论:1.当来流速度为50m/s时,选取了三种不同深度的腔体(D=3mm,D=4mm,D=6mm)进行了对比计算,以考查不同腔体深度的影响。随着腔体开口深度增加,腔体内流动振荡的周期增加,腔体辐射噪声的声压级减小,D=6mm时最大声压级为104dB相比D=3mm时的120dB减小了16dB,此时流动模式为剪切层模式,这是腔体流动噪声减小的主要原因。2.当来流速度为50m/s时,选取三种不同形状的腔体(矩形,梯形,弧形)进行了对比计算,以考查不同腔体形状的影响。当L/D=3时,随着腔体形状的变化,腔体内流动振荡的周期变小,腔体辐射噪声的声压级减小,弧形时最大声压级为96dB相比矩形时的115dB减小了19dB。流场从尾涡模式转向剪切层模式是腔体流动噪声减小的主要原因。3.不同腔体模型的数值模拟都观察到腔体内的流场与声场存在耦合;在尾涡模式中,腔体内的流动有自激振荡特性。4.为了进一步研究腔体流动噪声并检验数值模拟结果,作者在风洞中作了腔体流动噪声实验,实验结果表明腔体流动噪声基频和最高声压级频率与数值模拟结果符合得很好。5.探讨了减小腔体流动噪声的措施,可以采用增加腔体开口深度(L/D≤4时)来降低腔体的流动噪声;或改变腔体结构(L/D≤4时),使腔体前后壁尽可能倾斜,如腔体从矩形改变到弧形减缓了对涡旋的阻力。减弱撞击回流就减小了腔体内的自激振荡。在尾涡模式中,自激振荡变弱,腔体流动在大尺度上变得稳定,声压级可大大降低。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
主要符号表  9-10
1 绪论  10-18
  1.1 气动声学概况  10-13
    1.1.1 气动声学理论的发展  11-12
    1.1.2 腔体流动噪声问题的提出  12-13
  1.2 腔体流动噪声的研究现状  13-16
  1.3 课题的提出及研究意义  16-17
  1.4 课题的研究内容  17-18
2 腔体流动噪声的相关理论及研究方法  18-27
  2.1 声学基本知识及理论  18-19
    2.1.1 声音的本质及特征  18
    2.1.2 噪声的污染及危害  18-19
  2.2 声学度量及噪声评价  19-22
    2.2.1 声压和声压级  19-20
    2.2.2 声强和声能  20
    2.2.3 噪声的响度及频谱分析  20-22
  2.3 腔体流动噪声的声源分析  22-26
    2.3.1 流场中的声源分类及声辐射  22-25
    2.3.2 腔体流动噪声产生机理分析  25-26
  2.4 腔体流动噪声的研究方法  26-27
    2.4.1 数值模拟研究  26
    2.4.2 实验研究  26-27
3 腔体流动噪声的数值模拟方法  27-42
  3.1 腔体流动噪声模拟的基本方程  28-37
    3.1.1 纳维—斯托克斯方程  28-29
    3.1.2 声音波动基本方程  29-31
    3.1.3 Lighthill 声波动方程  31-33
    3.1.4 Ffowcs Williams－Hawkings 方程  33-37
  3.2 数值模拟的主要环节  37-38
    3.2.1 物理模型的建立  37
    3.2.2 CFD 应用中的网格处理  37-38
    3.2.3 边界问题及后处理  38
  3.3 计算气动声学的模拟方法  38-42
    3.3.1 气动声场的直接模拟  39-40
    3.3.2 噪声预测的混合方法  40-42
4 腔体流动噪声的数值模拟  42-70
  4.1 本次计算模型的建立  42-44
    4.1.1 物理模型的建立  42-43
    4.1.2 网格的划分  43
    4.1.3 模拟条件的选取  43-44
    4.1.4 计算方法及步骤  44
  4.2 腔体开口深度对腔体内流场及流动噪声的影响  44-57
    4.2.1 不同腔体开口深度对腔体内流动的影响  45-46
    4.2.2 不同腔体开口深度对腔体流动噪声的影响  46-57
  4.3 腔体形状对腔体内流场及流动噪声的影响  57-66
    4.3.1 不同腔体形状对腔体内流动的影响  57-58
    4.3.2 不同腔体形状对腔体流动噪声的影响  58-66
  4.4 腔体流动噪声分析  66-68
    4.4.1 流动的自激振荡  66
    4.4.2 声场与流场的耦合  66-68
  4.5 减小腔体流动噪声的措施  68-69
  4.6 小结  69-70
5 腔体流动噪声的实验研究  70-77
  5.1 腔体流动噪声实验装置及原理  70-71
    5.1.1 腔体流动噪声的实验装置  70
    5.1.2 腔体流动噪声的实验原理  70-71
  5.2 实验结果的分析  71-73
  5.3 实验结果与模拟结果的对比分析  73-76
  5.4 小结  76-77
6 结论  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-83
附录  83

腔体流动噪声的数值模拟与实验研究

内容摘要

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