基于伴随方法的方腔噪声主动控制研究

发布时间：2021-07-19 15:06

　　基于伴随方法的梯度求解具有与设计变量数目无关的特点,适合多参数、高维度的优化控制。本文基于伴随方法对非定常二维可压缩方腔流致噪声开展了初步的主动控制研究,其长深比L/D=2,基于深度的雷诺数（Re）为3000。同时,为了实现长时域的流动控制,引入预测控制技术提高伴随过程的稳定性,成功实现对长时域流动噪声的主动控制。方腔上方的剪切层由于Kelvin-Helmholtz不稳定性快速增长,卷起的旋涡会撞击到后拐角从而产生强的噪声辐射。在开展方腔噪声控制之前,首先开展了流场对后拐角附近激励的敏感性分析,结果表明后拐角压力振荡对方腔前缘边界层附近区域非常敏感。因此,在方腔前缘边界层附近区域基于伴随方法施加了二维时空变化的体积力,并成功降低了噪声辐射。结果表明当前的主动控制改变了近场声源区压力振荡分布,在全辐射方向上抑制了噪声,总声压级最大降幅约2dB。 

【文章来源】：空气动力学学报. 2020,38(05)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

伴随优化控制的整个流程图

由于方腔流动中强非线性效应的影响，控制时域过长时会导致计算的敏感性难以收敛甚至得到错误的结果。为了克服这个问题，本文采用Model Predictive Control方法把长时域分解为多个短时域进行模拟[28]，即滚动时域技术，如图2所示，其中Tα为迭代递进步长。1.3 计算模型及数值方法

本文主要研究层流流经长深比L/D=2的开式方腔流动，来流马赫数Ma=0.5，基于方腔深度的雷诺数Re=3000，方腔前缘处的动量厚度δ=1/52.8L，如图3所示。空间离散格式采用7点色散关系保持格式（DRP），时间推进采用4阶RungeKutta方法。伴随过程和直接过程中，每个时间步内在全方向上采用十阶显式滤波格式来保证数值计算过程的稳定性。上游来流、下游出流和远场采用无反射边界条件，方腔来流经过一段无滑移边界后过渡到黏性等温壁面。为了抑制声波在远场边界的反射，在远场边界附近采用了缓冲区技术。计算域上游最远距离方腔前缘8D，下游最远距离后拐角8D，法向最远处距离方腔唇口8D，远场缓冲区宽度为2D。DNS和伴随过程采用同样的数值格式，时间推进的步长取为Δtc∞/D=0.002。短时域优化时长为Tc∞/D=20，优化推进5个短时域，迭代递进步长Ta=1/2T，总优化时域tc∞/D=60。2 方法验证

【参考文献】：
期刊论文
[1]连续伴随方法在二维高超声速进气道优化中的应用[J]. 高昌,张小庆,贺元元,吴颖川,乐嘉陵.  空气动力学学报. 2020(01)
[2]典型构型空腔模型设计与流动/噪声特性研究[J]. 杨党国,刘俊,王显圣,施傲,周方奇,郑晓东.  空气动力学学报. 2018(03)
[3]方腔流致振荡及噪声的数值研究[J]. 万振华,周林,孙德军.  空气动力学学报. 2012(03)



本文编号：3290916