锯齿射流的数值模拟及空间稳定性分折

发布时间：2018-02-08 19:19

  本文关键词： 锯齿射流 大涡模拟 线性空间不稳定性　出处：《中国科学技术大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：发动机的喷流噪声是航空飞行器的主要噪声源之一,通过将圆形喷管更改为锯齿形喷管进而将圆形射流转变为锯齿形射流可有效降低射流的低频噪音。本文工作通过数值模拟与稳定性分析的方法对锯齿射流降低低频噪声的机理进行了研究。主要内容包括:(1)采用RANS与LES结合的办法,研究了不同锯齿形喷管的射流噪声,详细考察了喷管构型对于射流近场流动以及远场噪声的影响,从流场大尺度结构变化的角度讨论了锯齿射流噪声降低的原因。研究结果表明:1)锯齿射流促进了流动混合,加速了射流中心区的衰减,减小了势核区处的湍流脉动强度以及流动的间歇性;2)锯齿射流的远场噪声在低辐射角度上相比于圆射流可低3分贝,通过对远场压力脉动的周向Fourier分析发现降噪效果最好的锯齿射流的远场噪声在各阶周向模态上相比圆射流均有所降低;3)使用POD方法提取了流动中的大尺度相干结构,发现锯齿射流的流动减弱了流动的相干性。(2)研究了锯齿射流(6齿)以及圆射流的的空间不稳定性,考虑了扰动频率以及基本流流向位置的影响,基于线化欧拉方程考察了射流中不稳定模态的空间波包结构,对比了两种射流不稳定波包的发声效率。研究结果表明:1)6齿射流在近喷口位置具有三类不稳定特征模态,他们分别由径向剪切作用、周向剪切作用以及径向剪切与周向剪切共同作用主导;2)径向剪切易产生高频不稳定模态,而周向剪切产生低频不稳定模态;3)远离喷口时锯齿射流最不稳定模态增长率要比圆射流小,锯齿射流中不稳定波包发声效率明显小于圆射流。总结而言,锯齿射流不稳定波包特征的变化可以反映声辐射效率的变化。
[Abstract]:Jet noise is one of the main noise sources of aeronautical aircraft. The low frequency noise of the jet can be effectively reduced by changing the circular nozzle into a zigzag nozzle and then turning the circular jet into a sawtooth jet. In this paper, numerical simulation and stability analysis are used to reduce the low frequency of the jagged jet. The mechanism of frequency noise is studied. The main contents include: 1) adopting the method of combining RANS with LES. The jet noise of different zigzag nozzles is studied, and the influence of nozzle configuration on the near field flow and far field noise of jet is investigated in detail. From the point of view of the large scale structure change of the flow field, the causes of the noise reduction of the jagged jet are discussed. The results show that the sawtooth jet promotes the mixing of the flow and accelerates the attenuation of the central region of the jet. The intensity of turbulence pulsation at the potential region and the intermittent flow of the saw tooth jet are reduced by 3 decibels compared with the circular jet at the low radiation angle, and the far field noise of the zigzag jet can be reduced by 3 decibels compared with the circular jet at a low radiation angle. Through the circumferential Fourier analysis of the far-field pressure pulsation, it is found that the far-field noise of the sawtooth jet, which has the best noise reduction effect, is lower than that of the circular jet in each order. The POD method is used to extract the large-scale coherent structure in the flow. It is found that the flow of sawtooth jet weakens the coherence of flow. (2) the spatial instability of sawtooth jet with 6 teeth and circular jet is studied, and the effects of disturbance frequency and the position of basic flow direction are considered. Based on the linear Euler equation, the spatial wave packet structure of unstable modes in a jet is investigated, and the sound efficiency of two kinds of jet unstable wave packets is compared. The results show that there are three kinds of unstable characteristic modes in the near nozzle position. They are dominated by radial shear, circumferential shear, and radial shear and circumferential shear. The most unstable mode growth rate of sawtooth jet is smaller than that of circular jet, and the sound efficiency of unstable wave packet in sawtooth jet is obviously lower than that of circular jet. The change of unstable wave packet characteristics of sawtooth jet can reflect the change of acoustic radiation efficiency.
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：V211;O358

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本文编号：1496074