基于高阶迦辽金方法的声传播数值模拟研究

发布时间：2021-08-10 23:51

　　自第一架喷气式飞机问世以来,飞机的气动噪声污染问题引起了社会各界的广泛关注。气动噪声的研究方法可分为理论分析,试验研究和数值模拟三种。风洞实验由于能够直观有效地测量空间中的噪声分布,在机翼噪声控制、空腔噪声预测、起落架噪声研究等方面应用广泛。与此同时,由于声学风洞流场结构复杂,起步较晚,开口风洞中的声传播研究资料较少,实际问题中开口风洞的声传播特性尚不明确。论文基于“CFD+CAA”的混合计算气动声学方法,发展了一套适用于复杂背景流场的高精度噪声传播算法,对真实开口风洞的声传播特性进行了初步研究。噪声传播算法中采用能体现非均匀流场信息的线化欧拉方程作为声传播控制方程。离散算法采用高精度的迦辽金方法,边界条件采用无反射边界条件。论文首先模拟了单极子声源在自由空间的声传播过程,通过对结果的分析,验证了高精度噪声传播算法的可行性。然后对声源在不同形态的剪切流场中的传播过程进行模拟,研究了剪切层对声传播特性的影响。此后,论文对声源在含物面的静止开口风洞,理想均匀流场和真实风洞的声传播过程进行了数值仿真。结果表明喷口速度、剪切层和风洞洞壁均会对开口风洞的声传播方向产生影响。真实风洞的声传播过程与... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

开口风洞噪声实验示意图

由于剪切层两侧的速度不同，声波在穿过剪切层时，声波的传播方向发生偏折。如图1.2 所示，开口风洞中沿0 方向传播的声波在穿过剪切层后，声波到达 M 点而非 A 点；另一方面由于剪切层内存在大量紊乱的涡结构，声波在穿过剪切层时，部分声波将偏离原来的传播方向分散传播，出现散射现象。因此，相比于均匀介质中声传播过程，声波经过剪切层到达特定接受点时，其声源强度和传播距离均会发生变化。科学家对声波穿过开口风洞的剪切层影响进行了大量研究，并提出了许多声波穿过剪切层后的声折射修正方法，其方法主要可分为频域法和时域法两类。频域方法利用风洞的麦克风阵列获得频域上的声源信息，通过频域剪切层方法对声波的延迟时间和声源位置进行修正，从而得到开口风洞穿过剪切层的实际声源位置。常用的频域修正方法有马赫平均法、Amiet 修正方法、射线追踪法三种。

图 1.3 气动声学算法分类方法是通过数值方法直接求解全场的 Navier-Stokes 方程。常用方法有直接数ectNumericalSimulation,DNS）和大涡模拟（LargeEddySimulation,LES）等。为度信息，直接法需对全场网格进行加密，全场流场的计算量非常巨大。此外，场信息之间存在巨大的尺度差异。以超音速飞机噪声为例，Tam 曾测量飞行速


本文编号：3335016