基于大涡模拟的锯齿尾缘翼型流动分析及气动噪声预测

发布时间：2017-08-27 01:14

  本文关键词：基于大涡模拟的锯齿尾缘翼型流动分析及气动噪声预测

  更多相关文章： 翼型 锯齿尾缘 尾缘噪声 降噪 大涡模拟

【摘要】：中低雷诺数下,翼型尾缘音调噪声往往很强烈,实际工程中有很多机械设备工作在这一雷诺数下。目前有实验表明,仿生锯齿尾缘可以抑制中低雷诺数下翼型的音调噪声。但锯齿对翼型流动结构以及噪声源的影响有待进一步探究,以加深对锯齿尾缘降噪机理的认识,并指导低噪声叶片设计。本文对51.6 1 0cR e??,攻角为6?的NACA-0018翼型流动进行了数值模拟研究,设计了两种波长相等、长度不同的尾缘锯齿。采用分区RANS-LES方法进行流场计算,LES亚格子模型采用壁面自适应当地涡粘模型(WALE),RANS区采用SST k??湍流模型,壁面附近网格达到中等分辨率LES要求。并通过基于Lighthill声类比的FW-H方程预测了气动噪声。计算工况下,翼型绕流具有以下特征:吸力面层流边界层在前缘x/C??0.1附近分离,在中间弦长位置再附着为湍流边界层,分离泡长度约0.2C;吸力面尾缘附近湍流强烈;尾缘锯齿对吸力面上游边界层的发展基本没有影响。压力面上,短锯齿翼型A1的边界层发展与原始翼型A0相似,其层流边界层在x/C?0.49附近分离;长锯齿A2的边界层在x/C?0.55附近分离;尾缘压力面处于过渡状态分离区内。非稳态计算结果表明,原始NACA-0018翼型的升力、阻力呈现周期性变化,波动频率约为2270 Hz;锯齿尾缘翼型A1及A2的升阻力不具有明显的周期性。瞬时流场分析表明,翼型A0尾缘压力面的旋涡及正涡量的脱落导致了升力的周期性波动;锯齿尾缘翼型A1和A2尾缘处脱落的正涡量结构破碎得更加迅速。对翼型周围流动结构及非稳态特征的分析表明,翼型A2尾缘处内切的长锯齿提供了纵向流动发生的通道,锯齿内部形成顺时针旋转的旋涡;来自吸力面的强湍流得以在更上游位置与来自压力面的流动汇合掺混,使得尾缘压力面回流区及尾迹剪切层内的湍流增强,推迟了压力面边界层的分离,形成的回流区范围更小。由此影响了尾缘上涡量周期性脱落的过程,破坏了尾缘附近压力波动的周期性,进而减弱了整个翼型壁面附近的脉动压力。通过本文分析可见,在计算工况下,尾缘内切的长锯齿改变了尾缘压力面附近的流动结构,具有抑制翼型音调噪声的潜力。基于FW-H方程的气动噪声预测表明,长锯齿抑制了尾缘纯音噪声,降低了尾缘噪声总声压级。
【关键词】：翼型 锯齿尾缘 尾缘噪声 降噪 大涡模拟
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O357.5;TB53
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-11
• 1.1.1 气动噪声概述9
• 1.1.2 翼型尾缘噪声9-10
• 1.1.3 仿生锯齿尾缘降噪10-11
• 1.2 相关研究进展11-15
• 1.2.1 翼型尾缘音调噪声研究11-13
• 1.2.2 锯齿尾缘对翼型音调噪声影响的研究13-15
• 1.3 本文工作概要15-17
• 1.3.1 研究内容与意义15
• 1.3.2 研究方法与难点15-17
• 第2章 计算方法及CFD实验设计17-31
• 2.1 计算方法17-20
• 2.1.1 大涡模拟基本理论18-20
• 2.1.2 嵌入式大涡模拟方法20
• 2.2 气动噪声预测方法20-23
• 2.2.1 Lighthill声类比理论21-22
• 2.2.2 气动噪声数值预测方法22
• 2.2.3 基于FW-H方程的积分解22-23
• 2.3 CFD实验设计23-30
• 2.3.1 锯齿尾缘设计23-25
• 2.3.2 计算域与边界条件25-26
• 2.3.3 网格设计26-28
• 2.3.4 计算方法与数据采集28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 翼型绕流的总体特征31-50
• 3.0 翼型绕流的一般特征32-34
• 3.1 时均压力场特征34-40
• 3.1.1 时均压力系数35-38
• 3.1.2 脉动压力38-40
• 3.2 壁面切应力40-41
• 3.3 流动的时均湍流特征41-45
• 3.3.1 纵向湍流强度41-43
• 3.3.2 雷诺应力43-45
• 3.4 涡结构及涡量分布45-49
• 3.4.1 三维涡结构45-47
• 3.4.2 展向涡量分布47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 尾缘锯齿对流动周期性的影响50-60
• 4.1 气动力的非稳态特征50-53
• 4.1.1 升力50-52
• 4.1.2 阻力52-53
• 4.2 瞬时流场分析53-59
• 4.2.1 翼型A0的瞬时流场53-55
• 4.2.2 翼型A1的瞬时流场55-57
• 4.2.3 翼型A2的瞬时流场57-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 尾缘锯齿对边界层及当地流动的影响60-76
• 5.1 尾缘锯齿对边界层流动的影响60-66
• 5.1.1 吸力面边界层分析60-63
• 5.1.2 压力面边界层分析63-66
• 5.2 锯齿尾缘附近的流动结构66-73
• 5.2.1 锯齿尾缘壁面上流动的发展66-67
• 5.2.2 锯齿内切区域流动分析67-73
• 5.3 尾迹流动分析73-74
• 5.4 本章小结74-76
• 第6章 气动噪声预测76-80
• 6.1 监测点声压级77-78
• 6.2 声场指向性78-79
• 6.3 本章小结79-80
• 第七章 结论80-81
• 参考文献81-83
• 致谢83-85
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果85

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本文编号：743643