气动声学特性的数值模拟与实验研究第一章气动声学概述
气动声学是研究流体（气体或液体）在流动过程中所产生的声
学现象的学科。它在众多领域中都有着重要的应用，如飞行器、
汽车、船舶、风力发电、海洋工程等领域。在许多实际工程问题中，我们需要在设计过程中考虑声学特性和气动特性的相互影响。
第二章数值模拟方法
数值模拟是研究气动声学特性的重要手段之一。常用的数值模
拟方法有：有限元方法（Finite Element Method, FEM）、计算流
体力学方法（Computational Fluid Dynamics, CFD）以及波动方程
方法等。
（一）有限元方法
有限元方法是一种常用的数值方法，在求解结构和流体力学问
题方面十分有效。该方法将结构或流体域离散为若干个互相连接
的小元素，通过求解元素中的波动或流场变量，进而得到整个结
构或流体场的响应。在气动声学中，有限元方法可用于求解声场
和振动问题。
（二）计算流体力学方法
计算流体力学方法是一种通过计算流体在三维空间中的运动和
变化来研究流体现象的数值方法。该方法将流体域离散为若干个
小单元，然后通过数值计算来求解每个单元内部的流体流动情况。在气动声学中，计算流体力学方法可以用于求解风洞实验中的气
动力和声学的传播。
（三）波动方程方法
波动方程方法是一种适用于求解线性声学问题的数值方法。它
是根据波动方程来求解声压波的传播和反射，可以用于预测声音
在各种环境中的传播和衰减情况。在气动声学领域，波动方程方
法可用于求解飞行器外面和发动机进口处产生的噪声。
第三章实验研究方法
实验是研究气动声学特性的另一种重要手段，通过实验可以对
数值模拟的结果进行验证，并可以得到一些实际问题中难以通过
数值模拟得出的结论。常用的实验方法有：静压测试、湍流测试、声压传感器测试等。
（一）静压测试
静压测试是一种常用的试验方法，主要用于测量飞行器外表面
的压力分布和翼型等参数，并通过数据分析得到气动力学特性。
将飞行器表面分成若干条等距离的区间，分别安装静压头来实现
静压测量。
（二）湍流测试
湍流测试是一种研究气流流动状态的实验方法，通过测量湍流的特性参数，如湍流强度、湍流速度等，进而分析和研究流场的稳定性和特性。
（三）声压传感器测试
声压传感器测试是一种根据声压信号进行测量的实验方法，通过测试声场内各点的声压幅值分布，以及声波的传播情况，得到声学特性。
第四章气动声学特性研究中的应用
气动声学的研究应用广泛，有着许多重要的实际应用，如下几个方面：
（一）飞行器噪声控制
飞行器对周围环境的噪声污染是一个严重的问题，在飞行器设计时需要考虑降噪措施的应用。通过数值模拟和实验研究，可以得到飞行器翼型等特性参数对噪声的影响，并通过优化或改进设计以降低噪声的产生。
（二）气动噪声控制
随着工业化进程的加快，气动噪声的问题也日益严重，这对环境和人的健康产生了严重的影响。通过数值模拟和实验研究，可
以对气动噪声进行研究和控制，比如通过改进管道和风机等设备
的结构，减少噪声的产生。
（三）声学材料和结构
声学材料和结构是一个新兴的应用领域，它们可以用于控制声
波传播和减少音频噪声。通过数值模拟和实验研究，可以设计和
优化新型的声学材料和结构，以便在航空、汽车、电子设备等领
域获得更多应用。
第五章结束语
气动声学的研究具有重要的应用价值，并且在近年来也获得了
许多进展。数值模拟和实验是研究气动声学特性的重要手段，两
者的相互结合可以得到更加准确的研究结果。气动声学的应用领
域也越来越广泛，未来将会有更多的研究和应用挑战等待着我们。
涡轮机的气动声学研究 涡轮机是一种流体机械，它能将空气的能量转换成动力输出。由于其工作环境的特殊性质，涡轮机口径小，转速高，因此它的噪声和振动问题尤为突出。噪声和振动不仅影响了机械的运行，而且可以影响到周围环境和健康。因此，在设计新的涡轮机或改进现有的涡轮机时，必须考虑到其气动声学性能。 涡轮机的气动声学问题主要包括以下内容： （1）气流噪声：当气流通过涡轮机的叶轮和叶片时，会产生噪声，该噪声源称为气流噪声。 （2）结构噪声：除了气流噪声之外，涡轮机的叶轮和叶片还会自身振动并产生噪声，这种噪声源称为结构噪声。 （3）冲击噪声：当气流流经涡轮机的转子、定子和导叶时，会产生冲击声，该噪声源称为冲击噪声。 目前，对涡轮机的气动声学研究主要集中在以下方面： 一、气流噪声研究 气流噪声是涡轮机最主要的噪声源之一。近年来，涡轮机气流噪声研究方面的成果主要包括两个方面：一是基于数值模拟的理论研究，二是实验研究。 在理论方面，研究人员对涡轮机气流噪声的数值计算模型及计算方法进行了研究，并提出了一些改进的方法。例如，为了提高气流噪声的计算精度，Schultz等人通过建立二维求解器，对涡轮机气流噪声进行了数值模拟。结果表明，该方法能够提高气流噪声的计算精度和效率。
在实验方面，研究人员主要使用半音频声学系统和快速扫描成像技术进行实验研究。通过这些实验，可以将气流噪声与转子、导叶和静轮产生的气动噪声进行区分，从而更好地理解涡轮机气流噪声的机理。 二、结构噪声研究 涡轮机的结构噪声主要是由于叶片、叶轮等部件的振动所引起的。为了降低结构噪声，研究人员主要采用以下方法： （1）优化叶片和叶轮的形状：通过优化结构设计，可以降低叶片和叶轮的振动幅度，从而降低结构噪声。 （2）减震和隔振：通过在叶轮和底座等部件上安装减震和隔振装置，可以降低结构振动，从而减少结构噪声。 （3）采用新材料：使用高强度、低质量材料可以减少机械振动和结构噪声。 三、冲击噪声研究 涡轮机的冲击噪声主要是由于流体通过叶片时产生的震荡声波所引起的。为了降低涡轮机的冲击噪声，研究人员主要采用以下方法： （1）优化涡轮和导叶的几何形状：通过优化涡轮和导叶的几何形状，可以减少流体通过叶片时产生的压力脉动，从而减少冲击噪声。 （2）改善流动条件：通过改变流体的进出口流场条件，可以改善流体通过叶片时的流动条件，从而减少冲击噪声。 总的来说，当前涡轮机的气动声学研究已经有了一定的进展。但是，仍有许多问题需要进一步研究，例如流场的三维模拟、不同类型涡轮机的气动声学比较等。相信通过研究涡轮机的气动声学性能，可以制定出更加合理的涡轮机设计方案，从而改善涡轮机的性能和使用寿命，使其更加安静、高效、可靠。
气动声学特性的数值模拟与实验研究第一章气动声学概述 气动声学是研究流体（气体或液体）在流动过程中所产生的声 学现象的学科。它在众多领域中都有着重要的应用，如飞行器、 汽车、船舶、风力发电、海洋工程等领域。在许多实际工程问题中，我们需要在设计过程中考虑声学特性和气动特性的相互影响。 第二章数值模拟方法 数值模拟是研究气动声学特性的重要手段之一。常用的数值模 拟方法有：有限元方法（Finite Element Method, FEM）、计算流 体力学方法（Computational Fluid Dynamics, CFD）以及波动方程 方法等。 （一）有限元方法 有限元方法是一种常用的数值方法，在求解结构和流体力学问 题方面十分有效。该方法将结构或流体域离散为若干个互相连接 的小元素，通过求解元素中的波动或流场变量，进而得到整个结 构或流体场的响应。在气动声学中，有限元方法可用于求解声场 和振动问题。 （二）计算流体力学方法
计算流体力学方法是一种通过计算流体在三维空间中的运动和 变化来研究流体现象的数值方法。该方法将流体域离散为若干个 小单元，然后通过数值计算来求解每个单元内部的流体流动情况。在气动声学中，计算流体力学方法可以用于求解风洞实验中的气 动力和声学的传播。 （三）波动方程方法 波动方程方法是一种适用于求解线性声学问题的数值方法。它 是根据波动方程来求解声压波的传播和反射，可以用于预测声音 在各种环境中的传播和衰减情况。在气动声学领域，波动方程方 法可用于求解飞行器外面和发动机进口处产生的噪声。 第三章实验研究方法 实验是研究气动声学特性的另一种重要手段，通过实验可以对 数值模拟的结果进行验证，并可以得到一些实际问题中难以通过 数值模拟得出的结论。常用的实验方法有：静压测试、湍流测试、声压传感器测试等。 （一）静压测试 静压测试是一种常用的试验方法，主要用于测量飞行器外表面 的压力分布和翼型等参数，并通过数据分析得到气动力学特性。 将飞行器表面分成若干条等距离的区间，分别安装静压头来实现 静压测量。
格点Boltzmann方法与气动声学的数值计算气动声学是对空气流动和声波传播相互作用的研究。在工程领域，气动声学的应用十分广泛，如飞机、火箭、汽车、列车等。随着计算能力的提高，数值模拟在气动声学中的应用也越来越广泛。在气动声学的数值模拟中，格点Boltzmann方法是一种比较优秀的计算方法。 1. 格点Boltzmann方法的原理 Boltzmann方程式是描述流体分子运动的微分方程，其描述的是分子间相互作用及其随时间的演变。格点Boltzmann方法（LBM）是一种通过建立离散的Boltzmann方程来计算流场的计算方法。其本质是通过离散化Boltzmann方程来近似求解连续介质运动问题，其重要的思想在于对流体分子的运动轨迹进行离散化，通过构建不同的离散化网格来描述体系的运动。 LBM将流场离散成一些格点，称为格网。每个格网上具有一组概率函数，这些函数用于描述该格点上的分子数量和速度状态。通过更新概率函数，LBM可模拟流体运动。
2. LBM的优势 相比于传统的计算流体力学方法（CFD），LBM有以下优势：（1）计算量小：LBM中只需要处理每一个格网上的概率函数，而非整个流场的数值，大大减少了计算量。 （2）内存占用低：LBM的内存消耗与计算点数无关，因此当 计算网格增加时，内存开销极小。 （3）易于并行化：LBM中的每个格网上的概率函数处理是相 互独立的，可以很容易地进行并行计算。 （4）能够模拟非常复杂的流动：LBM可以表达高维的空间、 时间和速度分布，可以用来模拟非常复杂的流动问题。 3. 应用 LBM已经应用于许多气动声学问题的计算，如在飞机、汽车噪声控制中等。例如，LBM可以模拟多孔介质中声波的传播，用于 汽车噪声控制；另外，LBM与声波传播相互作用的模型也被广泛 应用于航空航天噪声控制。
高速列车整车气动噪声声源特性分析及降噪研究 张亚东;张继业;李田 【摘要】针对高速列车气动噪声声源组成的复杂性和各部件对总噪声的贡献量问题,本文基于Lighthill声学理论,采用三维、宽频带噪声源模型、LES大涡模拟和FW-H声学模型对初期研制设计的某型高速列车气动噪声进行数值模拟,分析该型列车的主要气动噪声源特性及对整车的贡献量大小,并提出降噪改进意见.研究结果表明:高速列车气动噪声是宽频噪声,高速列车以350 km/h运行时,在20 Hz以下存在明显的主频率,整车主要能量集中在630～4 000 Hz范围内;距轨道中心线25 rn、头车鼻尖8 rn处的纵向噪声评估点,总声压级达到最大值95.9 dBA;离轨道中心线的距离越大,其横向噪声评估点的声压级衰减幅度越小;运行速度的大小不改变列车声功率和远场噪声评估点的分布规律,只改变其幅值,随着运行速度的增大其增加幅度越小.高速列车最主要噪声源为头车的鼻尖和排障器,其次是转向架,最后是车辆连接处;对整车总噪声的贡献量,800～1 600 Hz范围内主要是头车,630～4 000 Hz范围内主要是转向架,且中心频率为160 Hz的幅值远大于车体、头车、尾车和风挡区域的噪声,1 000～2 000 Hz范围内的噪声主要是车辆连接处,且中心频率为400 Hz和1 600 Hz时出现峰值;在车辆连接处设置全风挡及列车转向架部位设置全包裙板后,降噪效果明显.文中所得研究成果,可为高速列车气动噪声分布规律和结构优化、减阻降噪提供一定的科学依据. 【期刊名称】《铁道学报》 【年(卷),期】2016(038)007 【总页数】10页(P40-49)
气动噪声数值计算方法的比较与应用 气动噪声是指由空气流动引起的噪声，广泛存在于飞机、汽车、风力 发电等工程环境中，对人们的工作和生活带来了不舒适和危害。因此，研 究气动噪声数值计算方法及其应用具有重要的理论和实践意义。本文将对 气动噪声数值计算方法进行比较，并介绍其在工程中的应用。 气动噪声数值计算方法主要有两类：基于声源和基于传播路径的方法。基于声源的计算方法通过模拟气动噪声产生的源头，进而计算噪声传播路 径上的声压级。基于传播路径的方法则通过模拟气动噪声的传播路径上的 声学特性，如反射、衍射、传播衰减等，来计算噪声产生源头的声压级。 下面将对这两类方法进行详细介绍。 基于声源的方法主要有声源模型法和数值模拟法。声源模型法是指通 过对气动噪声产生源头进行物理和数学模型建模，进而计算噪声传播路径 上的声压级。常用的声源模型法包括Point Source Model、Dipole Source Model和Quadrupole Source Model等。数值模拟法则是通过在 计算流体力学基础上，利用声学方程对气动噪声进行数值求解。数值模拟 法具有较高的计算精度和空间分辨率，常用的方法有有限元法、有限差分 法和边界元法等。 基于声源的方法依赖于对噪声源头的精确建模，因此对计算精度要求 较高，适用于研究气动噪声产生机理和优化设计。而基于传播路径的方法 则更加简化，适用于噪声传播路径复杂、计算量大的情况。常用的基于传 播路径的方法有室内声学计算方法和室外声学计算方法。室内声学计算方 法主要包括几何声学法和统计能量分析法，通过建立室内声学模型，并分 析声波在室内的传播和衰减来计算噪声水平。室外声学计算方法则通过模
翼型气动性能数值模拟与实验研究 翼型的气动性能研究是飞行器设计和制造过程中至关重要的一 部分。翼型的设计和优化需要通过数值模拟和实验研究来实现。 这篇文章将介绍翼型气动性能数值模拟和实验研究的相关内容。 一、翼型气动性能数值模拟研究 翼型气动性能的数值模拟涉及到流体力学和数学建模的知识。 数值模拟是使用计算机模拟翼型在不同速度和角度下的气动性能，可以帮助我们更好地理解流场的运动规律，优化翼型的设计。 常见的数值模拟方法包括欧拉法、拉格朗日法、雷诺平均Navier-Stokes方程和大涡模拟等。其中大涡模拟是目前比较先进 和被广泛应用的一种数值模拟方法，能够更准确地模拟流场中的 湍流现象。 在进行数值模拟之前，需要制定合理的网格划分和边界条件， 以确保数值模拟结果的精确性和可靠性。翼型的几何形状和气动 参数也需要被精确地输入到计算机程序中。通过数值模拟可以得 到各种气动参数，如升力系数、阻力系数、升阻比等，这些参数 对于翼型优化和飞行器设计具有重要意义。 二、翼型气动性能实验研究
为了验证数值模拟的结果，翼型气动性能需要通过实验研究得 到进一步验证。实验研究的方法和装置包括风洞试验、飞行试验 和实尺寸试验等。 风洞试验是一种常用的实验方法，可以通过模拟真实的气流环 境来测试翼型的气动性能。在这种实验中，翼型被安装在风洞中，利用风机产生气流，通过测量和记录翼型的各种气动参数，如升 力系数、阻力系数、力矩等，来评估翼型的气动性能。风洞试验 可以帮助验证数值模拟结果的准确性，并帮助翼型的优化和改进。 飞行试验是另一种实验方法，通过将翼型安装在飞行器上进行 实地测试，评估翼型在不同速度和角度下的气动性能。这种试验 需要考虑到实际环境的复杂性和安全问题，因此需要花费更高的 成本和风险。 实尺寸试验是一种设计和构建实际尺寸的模型，并在真实气流 环境中测试模型的气动性能。这种试验方法可以有效地评估翼型 的气动性能，并帮助设计更符合实际应用的翼型。 三、翼型气动性能数值模拟与实验研究的结合 翼型气动性能数值模拟和实验研究是相互依存和相互补充的。 数值模拟提供了一种更高效和更经济的方法来评估不同条件下的 气动性能，但是仍然需要通过实验验证和修正模拟结果。
汽车气动噪声的数值仿真与研究 摘要：对小车模型进行仿真共分为三个阶段：稳态计算阶段、稳态噪声阶段以及瞬态计算阶段。通过数值计算得出结论：网格疏密程度对噪声结果产生影响；迎风区域受到的压力数值最大，而噪声数值较大的区域往往发生在形状变形的位置处，例如A柱、后视镜以及位置处。 关键词：数值计算；稳态流场；气动噪声；分离涡模拟 1 前言 在高速运行下，气动噪声成为了主要噪声来源。数据表明[1]，当汽车行驶速度每提升10km/h，声压级增加约2.5dB，突变位置处激发的气动噪声大致与速度的六次方成正比。 采用数值模拟研究汽车气动噪声经历了一个过程[2]，1999年Leep提出了简化的汽车模型。2003年Bipin Lokhande模拟无限大的计算区域。2004年Murad 对简单倾角的A柱模型结构进行数值仿真。2005年Vedy采用CAA方法对汽车后视镜模型进行数值仿真。2010年同济大学采取DES、RANS和LES组合方法研究汽车后视镜影响下的流场分布。2013年Christoph Reichl分别采用四面体、六面体网格进行数值仿真。本文采取数值模拟方法对车身模型进行声学研究分析。 2 整车气动噪声特性分析 本节以整车为例，初步了解汽车的气动噪声特性，分别从流动和气动噪声的角度分析整车的气动特性，总结汽车外形对于气动噪声的影响规律。 2.1 整车模型与计算域 本次数值计算采用简化轿车模型，将后视镜部件进行省略。模型按照1：1比例进行建模，车长为3588mm，车身高度为1527mm。 整车模型放置在长方体的虚拟风洞中，车身前部计算域长度选取为14457mm，车身后部计算域长度选取为37026mm，车顶上部计算域长度为13705mm，车身旁横向计算域长度为5251mm。由于小车左右两部分可以近似认为对称的，所以对小车进行简化处理，即将计算域以及小车模型從中间对称线平均分开成左右两部分，数值计算时仅对其中一部分进行计算。 2.2 网格划分 计算区域内选用非结构的四面体网格。远离模型区域选用较稀疏的网格，靠近模型区域选用较稠密的网格，确保体网格分布呈渐变趋势。初始体网格设定中，
轴流风机气动性能与气动噪声的模拟和实验研究 孙迎浩;赵旭;高深;杨光 【摘要】本文对某改进前后的弯掠叶片轴流风机进行了气动和噪声性能的实验和数值模拟.气动计算采用了定常转动坐标系结合SIMPLEC算法和标准k-e湍流模型,获得风机静压和叶片尾涡特征宽度分布,采用Fukano噪声简化模型获得测量点线性声压级;气动噪声模拟采用非定常滑移网格方法,利用FW-H声压模型获得声学接收点处的噪声频谱.结果显示,气动性能计算与实验较符合,噪声结果有偏 差.%calculation using steady moving reference frame with SIMPLEC algorithm and the standard k-ε turbulence model is employed.The static pressure and width dlstribution of blade trailing vortex wake were obtained.The linear sound pressure level in measurement point was obtained using Fukano noise simple model.For the aerodynamic noise simulation,unsteady flow model with sliding mesh is employed.FW-H acoustic model helps to predict noise frequency spectrum at the receiving point.The results shows that the aerodynamic performance calculation Abstract: This paper presents the aerodynamic and noise study of a skewed swept blade axial fan before and after the improvement by experimental and numerical methods.Aerodynamic result was coincided with the experimental result except the noise result. 【期刊名称】《风机技术》 【年(卷),期】2015(000)005 【总页数】5页(P17-20,82)
空气动力学对流场和气动噪声的数值模拟与 分析 随着人们对质量生活的追求不断升级，声学环境问题越来越受到重视。在众多 噪声污染源中，气动噪声是不可忽视的一种，例如涡流、湍流等。针对这种噪声污染，科学家利用数值模拟技术，通过模拟空气动力学对流场和气动噪声的数值模拟和分析，提出了合理有效的解决方案。 一、空气动力学及其在航空、航天和汽车等领域的应用 空气动力学是研究飞行器和空气动力设备在空气中运动和相互作用的一门学科。空气动力学研究方向包括气流运动和应力分析、空气动力学原理研究以及气动噪声的预测和控制等。在航空、航天和汽车等领域，空气动力学技术是重要的技术基础，对设计飞行器、空气动力设备和汽车等的性能分析、优化和改进具有重要作用。二、气动噪声的数值模拟与分析技术 气动噪声是指在空气动力学领域中，在气体在流动过程中，涡流、湍流等过程 产生非线性声波，而在空间中产生的声学效应。数值模拟是气动噪声研究的关键技术之一。在数值模拟中，可以通过建立合适的计算模型，采用数值方法模拟流动通过空气引起的噪声产生过程。流体运动方程可以应用Navier-Stokes方程、基于欧 拉复流模型、延性边界条件的有限元法、格子Boltzmann方法等数值方法进行求解。通过分析示例，可以看出，使用Navier-Stokes方程进行求解，在涡旋部位得到更 精确的数值结果。 三、在应用中的分析与研究 空气动力学的数值模拟与分析已经在航空航天、风力发电、汽车等领域得到了 广泛的应用。例如，遮挡板大气风洞实验是流动噪声研究的重要实验，了解工程结构（例如航空飞行器）对风动响应的影响，为后续的设计工作提供有力的支持。汽
空气和固体对声波传播的影响实验研究 声波是一种机械波，它是通过空气或其他固体传播的。空气和固体对声波传播 的影响是一个重要的研究领域，它涉及到声学、物理学和工程学等多个学科。本文将探讨空气和固体对声波传播的影响，并介绍相关的实验研究。 首先，我们来讨论空气对声波传播的影响。空气是声波传播的主要介质之一， 它的密度和压缩性对声波的传播速度和衰减起着重要的影响。实验研究表明，声波在空气中的传播速度大约为343米/秒。这个数值是在标准大气压和温度下得出的，当气温和气压发生变化时，声波的传播速度也会相应改变。 此外，空气中的湿度也会对声波的传播产生一定的影响。湿空气中的水分子会 增加空气的密度，从而使声波的传播速度减小。实验研究表明，湿度每增加1%， 声波的传播速度就会减小大约0.1米/秒。因此，在进行声波传播实验时，需要考虑空气中的湿度对结果的影响。 除了空气，固体也是声波传播的重要介质。固体的物理性质对声波的传播速度 和衰减也有很大影响。固体的密度和弹性模量是决定声波传播速度的关键因素。实验研究表明，固体的密度越大，声波的传播速度越快；而固体的弹性模量越大，声波的传播速度也越快。例如，声波在钢材中的传播速度约为5000米/秒，而在水中 的传播速度约为1500米/秒。 此外，固体的形状和结构也会对声波的传播产生影响。实验研究表明，当声波 遇到固体的边界时，会发生反射、折射和散射等现象。这些现象取决于固体的形状、表面特性和声波的入射角度等因素。例如，声波在平坦的金属表面上会发生反射，而在曲面上会发生折射和散射。 为了更好地理解空气和固体对声波传播的影响，科学家们进行了大量的实验研究。他们利用声学实验室中的设备和仪器，测量声波在不同介质中的传播速度、衰
偏航对风力机气动性能影响的数值模拟研究 周文平;付龙虎 【摘要】采用基于滑移网格模型的三维非定常数值模拟方法,对NREL Phase VI风力机在轴流工况下的气动性能进行计算,并与参考文献提供的实验值进行比较,验证了方法的可靠性.然后对该风力机在偏航工况下的尾迹结构和气动性能进行计算,结果表明:偏航工况时,风力机尾迹呈现明显的偏斜特性,且尾迹区的速度恢复比轴流工况慢;旋转周期内,叶片根部和中部受偏航入流的影响较大,导致叶片表面压力变化较大且吸力面流动分离严重,而叶尖区域受偏航的影响较小.计算结果能够为研究风力机的动态失速以及风场中风机群的优化布置等问题提供指导.%The aerodynamic characteristics of NREL Phase VI wind turbine under axial inflow are computed based on sliding meshing of 3D unsteady CFD method. The comparison between calculated results and available experimental data shows that the method is suitable for wind turbine analysis. The wake structure and aerodynamic characteristics of NREL Phase VI under yawed inflow condition are computed. Results show that: the wake of rotor presents deflection under yawed inflow, and the recovery of wake velocity is slower than axial inflow; the flow at inboard blade sections is affected by yawed inflow greatly, which result in change of pressure and separate of flow at suction side more severe than outboard regions. The conclusions can provide guidance for research of dynamic stall and optimal arrangement of wind turbine. 【期刊名称】《机械设计与制造》
气动噪声的数值模拟和研究气动噪声是一种由于气流经过物体或是空气之间互相摩擦时产生的声音。这种噪声的来源广泛，从家用电器、汽车发动机到风力发电机、飞机引擎都可能会产生气动噪声。随着工业化和城市化的发展，气动噪声已经成为人们生活中不可避免的一部分。因此，为了改善人们的生活环境和促进工业的健康发展，对气动噪声的数值模拟和研究显得尤为重要。 气动噪声的数值模拟是基于数值计算方法的研究，其核心是CFD（计算流体力学）。CFD是应用数学、物理和计算机科学的学科领域，是一种通过数字方法解决流体运动方程的技术。在CFD的数值计算中，气体或流体流动过程中的各种参数和特性都能够通过数值计算得出，这样就能够较好地模拟出气动噪声的产生过程。 数值模拟能够提供详尽的求解结果，在气动噪声研究中被广泛应用。通过优化流体流动过程和物体的形状，能够减轻或消除气动噪声的产生。例如，针对风力发电机叶轮的气动噪声问题，可以对其外形进行优化，并通过数值模拟得出不同形状的叶轮在不同条件下的噪声效果，以此来选择最优解。
气动噪声的数值模拟需要依靠多重参数，包括风速、压力、粘度等。这些参数对噪声的产生和传播都有影响，并且相互之间的关系也会影响噪声的产生情况。因此，数值模拟是一项复杂的工作，需要结合实际测试数据和理论研究，才能得出准确的结果。 除了数值模拟，还可以通过实验手段来研究气动噪声。实验是一种验证数值模拟结果的有效方法，也能够直接获取噪声产生时的音压级和声学能量等参数。然而，实验也存在着成本高、时间长、数据难以获取的问题。因此，气动噪声的数值模拟研究在实际应用中更为常见。 气动噪声不仅对人们的生活和工作造成影响，而且还可能对环境产生影响。随着环保意识的提高，人们开始越来越关注气动噪声的研究和处理。气动噪声的数值模拟和研究为人们提供了一种有效、可靠的方法，能够更好地把噪声控制在合理范围内，实现更高效、更环保的工业和生活方式。 总之，气动噪声的数值模拟和研究是一个不断发展和完善的领域。在未来，我们需要更加深入地研究气动噪声的产生和控制，以适应不断变化和进步的社会和环境需求。
声学与流体力学相互作用的数值计算及实验 研究 第一章前言 声学和流体力学是两个互为关联的研究领域，它们在建造和维护各种系统中起着至关重要的作用。例如，在汽车，飞机，船舶等领域中，流体力学研究了各种各样的流体流动现象；而声学则是研究声波在空气、水等流体中的传播以及与物体的相互作用。因此，声学和流体力学都是非常重要的研究领域，同时它们的相互作用也具有重要的科学意义和实际应用价值。 随着计算机技术的发展，数值模拟方法已广泛应用于声学和流体力学领域。数值模拟不仅可以有效地预测和优化各种流体流动和声学现象，而且可以根据需要进行改进，优化和进一步研究。声学与流体力学的相互作用是一个复杂的问题，需要采用各种数值方法进行研究。本文将介绍声学和流体力学相互作用的数值计算及实验研究的一些进展和应用。 第二章声学和流体力学的基础知识 声学和流体力学是两个不同的领域，但它们都是研究物质运动的学科，因此在研究对象上存在一些共同点和交叉点。 2.1 声学基础知识
声学研究声波在不同介质中的传播和相互作用。声波是由介质 中粒子运动引起的压缩波，它的传播通常遵循波动方程。声波在 空气、水等流体中的传播具有许多特殊性质，例如声速，频率， 声阻抗，声透过率等。 在声学中，我们通常使用声源和接收器来研究声波的传播特性。声源是产生声波的任何物体，而接收器是测量声波的任何设备。 通过声源和接收器，我们可以测量声波的传播距离，声强，声压，声功率等参数。 2.2 流体力学基础知识 流体力学研究流体（如液体和气体）的力学性质。液体和气体 都是流体。流体力学主要研究各种流体流动现象，如稳态和非稳 态流动，湍流，涡流，流体动力学等。 在流体力学中，我们通常使用计算流体力学（CFD）来模拟各 种流体流动现象。CFD使用数值方法求解流体力学方程组，以模 拟流体在各种条件下的流动。这种方法已被广泛应用于各种领域，如航空航天，汽车工程，化工，海洋工程等。 第三章声学与流体力学相互作用的数值计算 声学和流体力学的相互作用是一个复杂的问题。声波在流体中 的传播受到流体的影响，而流体流动也会受到声波的影响。因此，声学和流体力学相互作用的研究需要使用不同的数值方法和模型。
舰船气动噪声控制技术的研究第一章：引言 航空航天领域对噪声控制的研究一直是热门话题之一，特别是 在舰船气动噪声控制技术方面，对航行性能和船员工作环境都有 着重要影响。随着科学技术的发展，气动噪声控制方法也在不断 地更新换代，为航空航天行业的发展注入了强劲动力。 本文将围绕舰船气动噪声控制技术的研究展开研究。首先就气 动噪声的研究现状，从传统减噪方法到新兴的控制技术进行探讨；然后介绍舰船气动噪声可控的影响因素，主要是船舶外形设计、 风洞试验、气动噪声数值模拟等；接下来详细地论述几种常见的 气动噪声控制技术，包括表面控制技术、被动噪声控制技术和主 动噪声控制技术。最后，结合国内外的实例，总结本文的研究成 果并对未来的研究进行展望。 第二章：气动噪声研究现状 气动噪声是由于气体流动在结构表面产生振动而引起的噪声。 在气动噪声控制领域，本质上就是要在减小气体流动的同时，减 小气体流动引起的结构表面振动，并从根源上降低由结构表面振 动产生的噪声。目前气动噪声控制技术采用的方法主要分为两种，一种是传统的被动噪声控制方法，主要采用气体隔离、吸声材料
等技术手段来控制噪声；另一种是主动噪声控制方法，主要通过 反馈控制、反向振动等技术手段来消除噪声。 第三章：舰船气动噪声可控影响因素 舰船气动噪声可控影响因素主要包括船舶外形设计、风洞试验、气动噪声数值模拟等。 船舶外形设计是气动噪声控制最基本的方向。在设计船舶的外 形时，需考虑外部流体对船舶所产生的力以及船舶所产生的气动 噪声。通过增加船体的优良形态，降低船舶与水流的阻力，使得 船体的水动力性能和气动噪声控制更加灵活合理。 风洞试验是船舶设计的重要一环。在实验时先采取船体极线再 加上三维模型的方法，自动计算出船舶受到气动作用所产生的阻 力及对流速度分布等影响因素，有利于更为精确合理的模拟气动 噪声的作用机理，并以此来改进性能和降低噪声。 气动噪声数值模拟技术是当前研究气动噪声的主流方法之一。 数值模拟可根据船舶型号、航行状态等各项参数设计理论模型， 进而预测出船舶气动噪声的分布状态、主要源头及主谐峰值等参数。基于数值模拟技术的模型研究，能够为舰船气动噪声控制提 供数据及有据可依的背景支撑。 第四章：气动噪声控制技术
声学波传播过程的数值模拟分析 声学波传播是研究声波在不同介质中传播规律的一门学科。通过数值模拟分析 声学波的传播过程，我们可以更好地理解和预测声波在不同介质中的行为，为声学相关领域的研究和应用提供有力支持。 声学波传播的数值模拟分析首先需要确定所研究的问题，如声源的特性、介质 的物理参数以及边界条件等。然后，通过建立合适的数学模型和方程组，利用计算机进行数值计算和解析。最后，根据模拟结果对声波传播过程进行分析和评估。 在声学波传播的数值模拟分析中，常用的方法包括有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）和边界元法（BEM）等。这些方法各有特点，可以根据具体问题和 需求选择合适的方法进行模拟分析。 以有限差分法为例，它是一种离散化计算的方法。首先，将声波传播问题的连 续域转化为离散的有限差分网格，将时间和空间分割成小块。然后，根据声学波动方程将声场的变化量用差分的形式表示。最后，通过数值计算和迭代求解差分方程组，得到声场在各个时间和位置的数值解。 有限差分法的数值模拟分析具有一定的深度。通过改变差分网格的分辨率，我 们可以探究声波传播过程中的细节和特征。例如，在分析声波在不同介质中的传播速度和衰减率时，可以通过调节网格大小和时间步长的方法来探讨它们对声波传播的影响。此外，还可以研究声波在复杂介质结构中的传播规律，如声波在不同形状和密度的障碍物中的散射和衍射现象。 声学波传播的数值模拟分析还可以应用于声波在医学成像和工程设计中的研究。例如，在医学领域中，数值模拟分析可以用于研究超声波在人体组织中的传播规律，以帮助医生进行准确的诊断和治疗。在工程设计中，数值模拟分析可以用于研究声波在复杂环境中的传播特性，如建筑物中的声学设计和噪音控制。
高亚声速吸附式叶栅气动特性实验研究 摘要：本文研究了高亚声速吸附式叶栅的气动特性，该研究将使用实验和数值模拟方法来确定叶栅的性能。发现了叶栅高亚声速吸附过程中的机械响应情况；评估了高亚声速吸附式叶栅在不同吸附/冲击脉冲条件下的流动场特性；并对叶栅吸 附特性和潜力进行了分析和评估。结果表明，在某些特定的条件下，高亚声速吸附式叶栅的性能可以显著改善。 关键词：叶栅；高亚声速；吸附；气动特性；实验 正文：本文研究了高亚声速吸附式叶栅的气动特性，运用实验室和数值模拟方法，对叶片吸附/冲击脉冲后的流动场进行了 调查。利用叶片模型实验，发现了叶片高亚声速吸附过程中的机械响应；根据叶片受激条件和有关参数，使用数值模拟计算了叶片吸附/冲击脉冲条件下的流动场特性。考虑了流量的变化，舍入误差和边界条件对流动特性的影响，最终得出了叶片吸附性能的评估和潜力分析。结果表明，在某些特定的条件下，该叶栅的性能可以显著改善。因此，本研究可以为高亚声速吸附式叶栅的性能优化提供理论和实验基础。该研究的应用领域可以广泛考虑，具体来看，高亚声速叶栅可以应用在气动系统中，如汽车，Aircraft(飞机)，船只等。此外，这种气动设备也 可以用于空调和热控制系统，对空气过滤和净化，以及工业和气体生产系统，等等。 首先，高亚声速吸附叶栅的应用能够提供更低的动能损失，并且可以有效地降低气体噪声。此外，它还可以持续减小动能损耗，从而提升传动效率。在空调和热控制系统的应用中，高亚
声速叶栅可以有效地阻止集尘，确保气流的精准控制。另外，该叶栅还可以用于气体生成系统，以及油压系统，可以保持系统稳定，并有效地控制气流流量。 总而言之，应用高亚声速叶栅，可以显著提高系统的效率，降低传动损失，减少噪声，以及提供更准确的控制。因此，高亚声速吸附式叶栅具有很多的应用价值，可以为行业的发展带来一定的助益。在叶片气动特性方面，该研究探索了叶片在高亚声速吸附/冲击脉冲条件下的流动场性能。该研究最终发现，在某些特定的条件下，这种叶栅的性能可以显著改善。这一发现对系统的传动极具重要意义，因为它能够提高系统的效率，降低传动损失，减少噪声，以及提供更准确的控制。在系统受力学分析和模拟计算等方面，也可以使用高亚声速叶片叶片达到较佳性能。 另外，该研究还分析了高亚声速叶片的可靠性和耐久性。受激条件和有关参数的变化都可能影响叶片的耐久性，因此，叶片的可靠性和耐久性的分析是非常重要的。为了保证系统的稳定性和可靠性，叶片的耐久性和可靠性必须得到有效的控制。研究表明，高亚声速叶片的可靠性和耐久性得到了良好的控制，这样有助于保证系统的可靠性和稳定性，实现更高效的传动。 总之，高亚声速叶栅的研究表明，在某些特定的条件下，可以达到最佳性能。本研究提供了理论和实证研究，为实现更高效的传动提供了可行途径。在应用研究方面，目前已经有许多关于高亚声速叶片的研究。例如，在飞行器气动系统中，一些研究重点是改进性能，尤其是在低速流动状态下的性能。研究表
进气系统气动性能与声学特性研究开发 摘要：进气系统在过滤杂质前提下要尽量减少进气系统的压力损失，较大的空 气压降会降低发动机功率，同时进气系统应该具有良好的NVH性能。气动性能方面，根据进气系统流场分析结果，对进气系统进行了局部结构优化，经过试验验证，仿真和实验结果有很好的一致性，说明局部优化效果良好。确认准确的侵入 路径，同时该车型采用了前置式进气口有利于吸入冷空气，但同时会导致雪花侵入，对防雪结构的设计提出了很高的要求。鉴于此，本文主要分析进气系统气动 性能与声学特性研究开发。 关键词：进气系统；气动性能；声学特性 1、进气系统气动特性研究现状 进气系统过滤吸入发动机的空气，提供足够的进气，以满足发动机工作需求。进气温度与进气系统阻力是影响发动机性能的两项重要参数。 对进气系统各项性能的研究目前主要有试验验证方法和仿真分析方法。试验 方法时间周期长，成本较高，准确度较高，但要获取内部气流流动状态，则须在 系统内安装传感器，一定程度上会会对流场产生干扰，造成流场失真，在试验领 域如何降低传感器的影响是一项重要工作。相对于试验方法计算流体力学（CFD）是利用计算机通过求解一组偏微分方程描述真实流体流动的数值模拟技术。发动 机进气系统中的气体流动是一种复杂的气体流动，本质上属于可压缩粘性气体的 三维不定常非等熵流动。 2、进气系统流场分析与防雪性能 2.1、进气系统流场分析与试验验证 进气系统压力损失过大，会导致发动机功率损失，减小进气系统的功率损失 与降低进气口噪声对进气管道截面积的要求是相互矛盾的，在设计中必须平衡这 对矛盾。一般来说，在达到进气阻力要求的前提下，可以采用较低的进气管路截 面积，AF进气系统根据发动机性能参数设定，进气系统目标压力损失要求≤3kPa，开发过程中原进气系统阻力偏大，故将进气管波纹处直径，由原来的φ45mm增 加到φ50mm，波纹管后端直到空滤器管壁直径加大1mm，分别采用仿真分析与 流阻试验判断更改前后的压力损失变化，并验证仿真的准确性。 （1）滤芯阻力特性的获取 在仿真分析中将滤芯视为多孔介质材料，要模拟滤芯的流阻特性，就必须计 算得到多孔介质的粘性阻力因子和惯性阻力因子，可以通过对滤芯流阻特性的测量，用多孔介质的动量方程求得： 1/α为粘性阻力因子，C2为动力粘性因子，v为垂直于介质表面的流速风量，ρ为空气密度，△m为滤芯厚度，μ为流体粘性系数。 对空滤滤芯进行阻力测试，测试工装，将试验用滤芯装配到试验管道中，保 证滤芯与管道间的密封，滤芯上下各布置一测点，测量滤芯前后的压力，从而得 出压力损失， （2）进气系统内流场分析 首先利用CATIA软件建立了进气系统CATIA模型。进气管总成管径影响着进 气压力损失，同时对系统传递损失也有影响，一般来说，将系统压力损失作为首 要因素，在压力损失满足的前提下，可考虑降低管径。因此，如图1虚线框内所示，根据设计经验将进气管管径分别设定为φ45mm与φ50mm，波纹管后端直到
直升机主旋翼气动性能的数值模拟与仿真 直升机作为一种具有垂直起降能力的飞机，其主旋翼是其重要的组成部分之一。主旋翼的气动性能对于直升机的飞行稳定性和控制特性起着至关重要的作用。为了更好地研究直升机主旋翼的气动性能，数值模拟与仿真技术在近年来得到了广泛应用。 一、直升机主旋翼的气动参数 主旋翼的气动参数是研究其气动性能的基础。这些参数包括悬挂方式、几何特征、旋转速度等。这些参数对主旋翼的气动性能影响很大，因此在数值模拟与仿真时需要对其进行精确的描述和刻画。 二、数值模拟与仿真的方法及原理 数值模拟与仿真技术是基于物理模型和计算方法的数学模型，通过计算机实现 对于自然现象或工程问题的模拟。在直升机主旋翼气动性能研究中，数值模拟与仿真技术常常被用来计算主旋翼的气动参数和流场特性。 数值模拟与仿真的方法主要有：有限体积法、有限元法、边界元法等。这些方 法都是通过对流场进行数值模拟或者数学求解，进而得到主旋翼的气动参数和流场特性。 三、数值模拟与仿真在直升机气动性能研究中的应用 1. 主旋翼气动参数的计算 数值模拟与仿真技术可以用于计算主旋翼的气动参数。通过对主旋翼的几何特征、旋转速度等因素进行建模，然后运用数值模拟与仿真技术进行模拟，最终得出主旋翼的气动参数。这些参数包括主旋翼的扭转角、升力系数、气动阻力系数等。这些参数是研究主旋翼气动性能的基本依据。
2. 流场的可视化模拟 数值模拟与仿真技术也可以用于模拟流场的特性。通过建立流场模型，并对其进行计算和仿真，最终生成直观的流场展示。这些模拟结果可以提供主旋翼气动性能的具体展示，以及对主旋翼在不同飞行状态下的流动特性的掌握和分析。 3. 主旋翼的结构优化 除了计算气动参数和流场特性之外，数值模拟与仿真技术还可以用于优化主旋翼的结构。通过建立不同的结构模型，并对其进行仿真，可以得出在不同情况下主旋翼结构的应力变化、振动情况等。这些仿真结果可以为主旋翼结构的设计和优化提供有价值的参考。 四、数值模拟与仿真技术的优势和局限 数值模拟与仿真技术在直升机主旋翼气动性能研究中具有显著的优势。首先，它可以在较短时间内得出大量的模拟结果，减少时间和经济成本的浪费。其次，它可以提供对于主旋翼气动性能和流场特性的直观展示和高精度的数值计算。 然而，数值模拟与仿真技术也存在一定的局限性。由于数值计算的误差、模型误差等因素的存在，所得出的结果有时无法精确反映真实情况。因此，在进行数值模拟与仿真时，需要注意模型准确性和计算精度。 五、结论 数值模拟与仿真技术在直升机主旋翼气动性能研究中有着广泛的应用。通过计算主旋翼的气动参数和流场特性，可以掌握主旋翼的气动性能特点，并为主旋翼的优化提供依据。然而，数值模拟与仿真技术也存在一定的局限性，需要在实践应用中不断完善和优化，并与实测数据相结合，提高模型计算的精度和准确性。
翼型气动特性数值模拟研究 翼型是飞行器的重要组成部分，其气动特性（如升力、阻力、升力系数、升阻 比等）对飞行器的性能有很大影响。由于实验设备和费用的限制，气动试验成本高昂，因此数值模拟成为了研究翼型气动特性的主要方法之一。 数值模拟方法 数值模拟方法主要包括计算流体力学（CFD）方法和边界元方法。其中，CFD 方法是一种利用数值计算方法处理流体动力学问题的方法，可根据所建立的数学模型，通过计算机模拟流体的运动状态，获得流体介质的相应物理量。而边界元方法则是一种计算机辅助工具，针对问题内部的微观变化关系较弥散的情况下，仅需检查问题外缘的变化，即可通过边界元法反映问题内部变化。两种方法的原理和适用范围存在区别。 本文主要讨论CFD方法，根据不同模型和假设，CFD方法分为欧拉方程模型、纳维—斯托克斯方程模型等。其中，普遍认为海拔高度2000米，马赫数0.3的常 温常压环境下，采用欧拉方程模型就能较为精确地预测翼型的气动特性。 欧拉方程模型及其应用 欧拉方程模型的基本假设是流体为理想气体，连续性方程为无穷小量，流体的 运动状态由欧拉方程控制。其中，欧拉方程考虑了三个物理量：密度（rho）、速 度（v）、热力学气压（p），并描述了它们之间的关系。 欧拉方程模型的适用范围很广，可以处理多种气流复杂情况，可以在空气、液 体（如水）及其它流体的流动中预测相关的力学变量，有效地用于翼型气动特性数值模拟。 实例分析
以NACA 0012翼型为例，它是由美国航空航天局设计的一支标准组合翼，被 广泛应用于飞行器领域。研究采用Ansys Fluent 15.0数值模拟软件，通过对NACA 0012翼型的气动特性的分析，验证了欧拉方程模型在预测翼型的气动特性方面的 有效性。 翼型模型的几何尺寸定义采用了标准的NACA 4位数型号，其的绘制遵守了标 准的绘制规则。 通常，翼型的比尺寸Re数（不能大于100万）是气动特性数值模拟的一个关 键因素，它决定了模拟结果的准确度。在本研究中，Re数设置为20000，以模拟 翼型在常规飞行状态下的气动特性。 以升力系数为例，采用欧拉方程模型，通过数值模拟得到的升力系数与文献中 实验测量结果进行了对比。研究表明，在翼型梯度较大的区域，如前缘区，模拟结果会有一定误差，但总体误差较小，可以满足工程计算和设计需求。 总结 CFD方法是现阶段翼型气动特性数值模拟的主流方法之一。欧拉方程模型是一种能够高效准确地描述翼型气动特性的模型，有着广泛的适用范围。但是，研究者应该结合实际情况，利用不同研究方法和学科知识，以得到更为精确的结果。在 工程计算和设计、优化过程中，CFD方法运用灵活快捷，不仅能够完善现有设计，而且具有无限的创新潜力，将在飞行器翼型气动特性的研究中发挥更为重要的作用。