双涵道喷流大涡模拟及声源分析
发布时间：2021-02-12 15:19
采用大涡模拟（LES）方法计算内外涵道出口马赫数分别为0.7和0.63的双涵道喷管流动,分析内外剪切层的发展特性,研究了剪切层速度脉动的频谱及涡结构的互相作用。分析表明,两个剪切层内起始位置处的对流速度有较大的差异,但随着喷流向下游发展,内层的对流速度被外层流动减弱,阻碍了涡的迁移。运用声扰动理论对喷流近场涡声源项分布及频谱特性的分析表明,涡声源主要集中在内剪切层中,且以低频为主。沿着径向,涡声源项的峰值发生位置逐步向喷口靠近。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(09)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图７内外剪切层内２＝２．５￡＞６轴向速度脉动时空相关性??Ｆｉｇ．?７?Ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ?ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｕ＇?ｉｎ?ｔｗｏ?Ｓｈｅａｒ－ｌａｙｅｒｓ??ａｔ?ｘ＝２．５Ｄｓ??
分布类似于单涵道喷管，即在??中心线附近出现单股速度峰值，径向位置远离中心??线，速度逐渐降低。??图３为两涵道出口速度峰值位置处的速度分布，??两者并没有存在明显的核心流特征，到８ＤＳ处内部??速度还略高于外部。从两者速度降低趋势可见，内??涵道速度沿轴向比外涵道下降得更快。??ｘ／Ｄｓ??图３内外涵道速度峰值中心线轴向速度分布??Ｆｉｇ．?３?Ａｘｉａｌ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｔ?ｒ／Ｄｓ＝０．１０?ａｎｄ?０．２７?ｉｎ?ｃｅｎｔｒａｌ?ｐｌａｎｅ??３．２瞬态涡量??图４为喷流瞬态场涡量图．可以观察到丰富的??脉动信息。涡童模较大的部分都靠近喷口区域，径??向位置在ｒ／ｉ？ｓ＝０．１７５和０．３７５附近，在这两处分别??是内涵道与外涵道流体、外涵道流体与环境静止空??气剧烈掺混形成的涡结构，较高的速度梯度使这些??结构的涡量较大，故ｒ＝０．１７５Ｄｓ和７＂＝０．３７５１＾分别??在喷流流场的内外剪切层中。图５为喷流出口?１Ｌ＞Ｓ??内周向祸结构分布，可以看出在内剪切层的上下区??域同时存在旋转方向相反的涡结构，这种成对出现??的反向涡类似Ｂｏｇｅｙ提到的涡街现象＠。为了探究??这种单涵道喷流没有的现象，对速度脉动进行频谱??分析。??－２卜??０?５?１０?１５??ｘ／Ｄｓ??图４喷流轴向瞬态涡董图??Ｆｉｇ．?４?Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ?ｖｏｒｔｉｃｉｔｙ?ｍａｇｎｉｔｕｄｅ?ｉｎ?２?＝?０?ｐｌａｎｅ??
流的涡声源项，故仅限对ＡＰＥ方程的源项??进行分析，暂不求解声传播式（５）、（６）。??２计算模型及网格??２．１物理模型及网格划分??本文的双涵道喷管算例来自文献［６］，外涵道出??口直径￡＞ｓ?＝?１８?ｍｍ，内涵道出口直径Ｄｐ?＝?９?ｍｍ，??中心有尾锥。基于内外涵道喷口速度ｗｐ和ｕｓ的马??赫数Ｍａ分为０．７和０．６３，雷诺数Ｊ？ｅｐ?＝?ｐｕｐＤｐ／ｐ?＝??１．５?ｘ?１０５?和丑ｅｓ?＝?ｐｕＳＪＤｓ／Ｍ?＝?２．５?ｘ?１０５。喷管形状??及总体计算流域尺寸见图１，计算域轴向总长度为??（ａ）三维模型图??其中，总』？为Ｆａｖｒｅ过滤后的应变速率张量。??１．２?ＡＰＥ方程??声扰动方程（ＡＰＥ）是描述声传播的方程。忽略??了非线性熵波动项的声扰动方程可由线性欧拉方程??推导得出［１Ｑ１：??￣?＋?ａ２Ｖ?？?＾ｐｕ＇?＋?＝?ａ２ｑｃ?（５）??＋?Ｖ（ｉｘ?？?＋?Ｖ?（＾ｊ?＝?ｑｍ?（６）???６〇Ｄｓ???（ｂ）计算域与整体网格划分??图１模型图与计算域示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｍｅｃｈ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]热喷射流动大涡模拟及网格敏感性评估[J]. 许聪,刘琪麟,赖焕新. 工程热物理学报. 2019(07)
本文编号：3031061
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(09)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图７内外剪切层内２＝２．５￡＞６轴向速度脉动时空相关性??Ｆｉｇ．?７?Ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ?ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｕ＇?ｉｎ?ｔｗｏ?Ｓｈｅａｒ－ｌａｙｅｒｓ??ａｔ?ｘ＝２．５Ｄｓ??
分布类似于单涵道喷管，即在??中心线附近出现单股速度峰值，径向位置远离中心??线，速度逐渐降低。??图３为两涵道出口速度峰值位置处的速度分布，??两者并没有存在明显的核心流特征，到８ＤＳ处内部??速度还略高于外部。从两者速度降低趋势可见，内??涵道速度沿轴向比外涵道下降得更快。??ｘ／Ｄｓ??图３内外涵道速度峰值中心线轴向速度分布??Ｆｉｇ．?３?Ａｘｉａｌ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｔ?ｒ／Ｄｓ＝０．１０?ａｎｄ?０．２７?ｉｎ?ｃｅｎｔｒａｌ?ｐｌａｎｅ??３．２瞬态涡量??图４为喷流瞬态场涡量图．可以观察到丰富的??脉动信息。涡童模较大的部分都靠近喷口区域，径??向位置在ｒ／ｉ？ｓ＝０．１７５和０．３７５附近，在这两处分别??是内涵道与外涵道流体、外涵道流体与环境静止空??气剧烈掺混形成的涡结构，较高的速度梯度使这些??结构的涡量较大，故ｒ＝０．１７５Ｄｓ和７＂＝０．３７５１＾分别??在喷流流场的内外剪切层中。图５为喷流出口?１Ｌ＞Ｓ??内周向祸结构分布，可以看出在内剪切层的上下区??域同时存在旋转方向相反的涡结构，这种成对出现??的反向涡类似Ｂｏｇｅｙ提到的涡街现象＠。为了探究??这种单涵道喷流没有的现象，对速度脉动进行频谱??分析。??－２卜??０?５?１０?１５??ｘ／Ｄｓ??图４喷流轴向瞬态涡董图??Ｆｉｇ．?４?Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ?ｖｏｒｔｉｃｉｔｙ?ｍａｇｎｉｔｕｄｅ?ｉｎ?２?＝?０?ｐｌａｎｅ??
流的涡声源项，故仅限对ＡＰＥ方程的源项??进行分析，暂不求解声传播式（５）、（６）。??２计算模型及网格??２．１物理模型及网格划分??本文的双涵道喷管算例来自文献［６］，外涵道出??口直径￡＞ｓ?＝?１８?ｍｍ，内涵道出口直径Ｄｐ?＝?９?ｍｍ，??中心有尾锥。基于内外涵道喷口速度ｗｐ和ｕｓ的马??赫数Ｍａ分为０．７和０．６３，雷诺数Ｊ？ｅｐ?＝?ｐｕｐＤｐ／ｐ?＝??１．５?ｘ?１０５?和丑ｅｓ?＝?ｐｕＳＪＤｓ／Ｍ?＝?２．５?ｘ?１０５。喷管形状??及总体计算流域尺寸见图１，计算域轴向总长度为??（ａ）三维模型图??其中，总』？为Ｆａｖｒｅ过滤后的应变速率张量。??１．２?ＡＰＥ方程??声扰动方程（ＡＰＥ）是描述声传播的方程。忽略??了非线性熵波动项的声扰动方程可由线性欧拉方程??推导得出［１Ｑ１：??￣?＋?ａ２Ｖ?？?＾ｐｕ＇?＋?＝?ａ２ｑｃ?（５）??＋?Ｖ（ｉｘ?？?＋?Ｖ?（＾ｊ?＝?ｑｍ?（６）???６〇Ｄｓ???（ｂ）计算域与整体网格划分??图１模型图与计算域示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｍｅｃｈ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]热喷射流动大涡模拟及网格敏感性评估[J]. 许聪,刘琪麟,赖焕新. 工程热物理学报. 2019(07)
本文编号：3031061
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