流致噪声机理及预报方法研究综述_王春旭
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流体力学研究中的流动噪声分析引言流体力学研究中的流动噪声分析是研究流体在流动过程中产生的噪声的科学。
噪声是指任何不需要的声音,它会对人类和周围环境造成负面影响。
在工程和科学领域,流动噪声的研究具有重要的意义。
理解和控制流动噪声对于改善工程和环境素质至关重要。
本文将深入探讨流体力学研究中的流动噪声分析的原理、方法和应用。
流动噪声的产生机制流动噪声的产生机制是由流体的运动引起的。
当流体在固体表面或两个不同流体之间流动时,会产生涡旋、湍流等不稳定的现象,导致气体或液体分子之间的相互作用和振动。
这些振动在介质中传播,产生声音,形成流动噪声。
流动噪声的产生机制主要包括以下几个方面:1.湍流噪声:湍流是流体中不规则的、随机的运动。
当流体在管道、孔隙或管道弯曲等地方流动时,流速会发生变化,形成湍流。
湍流的不稳定性使得流体分子之间发生相互碰撞和振动,产生声音,造成湍流噪声。
2.涡旋噪声:涡旋是流体中的一种旋转结构,具有高速和低速区域。
当流体经过固体表面或两个不同流体接触时,涡旋的摩擦和相互作用会引起声波的辐射,形成涡旋噪声。
3.压力波噪声:当流体在管道、喷嘴或泵等装置中急剧改变流速和流动方向时,会产生压力波。
这些压力波会引起流体分子的震动和声音的产生,形成压力波噪声。
流动噪声的分析方法流动噪声的分析方法主要包括实验方法和数值模拟方法。
实验方法通过采集和分析真实流体系统中的数据来研究流动噪声的产生机制和特性。
数值模拟方法通过数学模型和计算机模拟来模拟和预测流动噪声的分布和强度。
实验方法1.声源定位:实验方法可以通过使用麦克风阵列等设备来定位流动噪声的源头。
通过测量多个位置的声音信号,可以确定流动噪声的源头位置。
2.声谱分析:实验方法可以使用声学分析仪来进行频谱分析,以确定流动噪声的频率成分。
频谱分析可以帮助研究人员了解不同频率范围内的噪声贡献。
3.声强测量:实验方法可以使用声强计来测量流动噪声的强度。
声强测量可以提供噪声能量的定量描述,帮助研究人员了解噪声的强度和分布。
喷流噪声研究进展与展望
李晓东;徐希海;高军辉;何敬玉
【期刊名称】《空气动力学学报》
【年(卷),期】2018(036)003
【摘要】喷流噪声在气动声学发展史上占据核心地位.本文首先简要回顾喷流噪声的发展历程,主要讲述喷流噪声产生机理和研究思路的演变,然后重点综述近20年来在喷流噪声测试技术、控制技术、数值模拟和预测方法等四个方面取得的若干进展,最后简要展望喷流噪声研究的未来发展趋势.
【总页数】12页(P398-409)
【作者】李晓东;徐希海;高军辉;何敬玉
【作者单位】北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京 100191;北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京 100191;北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京 100191;北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京 100191
【正文语种】中文
【中图分类】O427.4
【相关文献】
1.导流槽和混合比对发动机喷流噪声特性影响实验研究 [J], 张津泽;徐珊姝;王国辉;胡春波
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黄向华;孙庆彪;赵晓春
5.考虑固体颗粒的自由喷流噪声的数值研究 [J], 荣吉利;阿尼苏;程修妍;范博超因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
专利名称:一种水下航行器推进器噪声主动控制方法专利类型:发明专利
发明人:杨雨浓,王晴,王春旭,孙杨滨,彭茜蕤
申请号:CN202210274874.0
申请日:20220321
公开号:CN114664279A
公开日:
20220624
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:一种水下航行器推进器噪声主动控制方法,涉及水下航行器降噪领域。
该水下航行器推进器噪声主动控制方法包括以下步骤:分析水下航行器的推进器噪声源声场,确定需控制的频率范围;根据需控制的频率范围确定换能器的规格、尺寸;将水下航行器的推进器的螺旋桨位置设为原点,根据水下航行器的艉部结构特点和选定换能器的尺寸,通过仿真寻优确定换能器、水声信号传感器的布放位置和布放数量;将换能器和水声信号传感器按确定数量和位置布置于水下航行器艉部,对水下航行器的远场声源控制效果进行检测以判断噪声主动控制效果。
水下航行器推进器噪声主动控制方法能够有效的控制水下航行器推进器的低频线谱噪声。
申请人:中国舰船研究设计中心
地址:430064 湖北省武汉市武昌区张之洞路268号
国籍:CN
代理机构:湖北武汉永嘉专利代理有限公司
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截止节流阀两相流致噪声特性分析
王旭飞;王均宇;戴磊;宋永兴;于跃平
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2024(52)5
【摘要】随着空调技术的发展,新型节流阀如电子膨胀阀、截止节流阀、短管节流阀等代替了毛细管在空调上的应用。
但目前对截止节流阀的研究少之甚少,故而对不同流量下截止节流阀的流场进行计算。
通过数值计算得到不同工况下的压力场、速度场、声功率级等的分布。
结果表明:随着阀门入口流量的增大,阀门节流孔处的最大流速从44.331 3 m/s增大到77.560 4 m/s;随着阀门入口流量的增大,节流孔处的压降也逐渐增大;当阀门入口流量从0.014 kg/s增大到0.024 kg/s,阀门下游最大噪声从104.640 2 dB增大到122.751 5 dB;流场中噪声主要集中在阀门下游和节流孔,且最大噪声出现在阀门下游的直管段末端,噪声的分布特点也为阀门的进一步优化提供方向。
【总页数】8页(P199-206)
【作者】王旭飞;王均宇;戴磊;宋永兴;于跃平
【作者单位】山东海筑暖通工程有限公司;山东建筑大学热能工程学院;压缩机技术国家重点实验室(压缩机技术安徽省实验室)
【正文语种】中文
【中图分类】TB533
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1.机械泵驱动两相流系统中被动截止阀的特性研究
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因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
消防理论研究供热管道泄漏流场/声源特性及其变化规律张曼\张立申%王随林\李仲博,王海鸿%张威\穆连波;(1.北京建筑大学环境与能源工程学院,北京100044; 2.北京市热力集团有限责任公司,北京100022)摘要:以供热管道泄漏喷射为研究对象,建立管道泄漏致噪的计算流体力学C'F D/计算声学C A混合数值模型,采用Flu—e n t与b A coustics搞合数值模拟,分析管内压力、温 度等因素对热水管道泄漏流场及声源特性的影响结果表明,泄 漏源附近流场呈非对称扇形结构,热水管道泄漏声能主要集中在低频段(0〜20 H z),平均声压级随管内压力的升高而增大,随水 温的升高而有所降低模拟结果与文献实验结果相对偏差小于7.99%,可为基于声波法的供热管道泄漏检测提供理论基础关键词:热水管道;泄漏声源;C F D/C A;流场特性;声源特性中图分类号:X956;T U995.3 文献标志码:A文章编号:1009—0029(2021)03-0312-07随着城市集中供热的发展,供热管网规模和规格不断 增大。
2018年我国城市集中供热面积达到87.8亿集中供热管道长度为371120 km。
由于管路老化、腐蚀、焊 缝缺陷及其他自然或人为损坏等,管道泄漏事故频繁发生。
直埋管线非开挖泄漏检测与定位困难,抢修时间长,影响正常供热和城市基础设施安全,势必会造成能源浪费、经济损失及不良社会影响。
为了保障城市供热管网安 全高效运行,开展供热直埋管道非开挖泄漏检测与精准定位的研究具有重要意义。
管道泄漏检测方法包括基于硬件和软件的方法。
声 波检测法具有动态无损检测的优点,是一种很有前景的管 道泄漏检测方法。
国内外学者基于声波检测原理对管道 泄漏检测与定位进行了研究。
Mostafapour等基于管壁泄 漏声发射技术,结合小波变换、数字滤波和互相关分析开 发了一种适用于城市埋地高压燃气管道的泄漏检测与定位算法,以布置在各向同性、均匀弹性介质的圆柱壳体中 的埋地输气管道泄漏声源理论模型进行了实验验证。
流体动力学中的流动噪声特性分析引言流体动力学是研究流体在运动中产生的力学效应的学科,而噪声是指由于流体的运动对周围环境造成的声音。
在流体动力学中,流动噪声是一个重要的研究领域,对于航空航天、汽车工程、能源系统等领域都具有重要的实际应用价值。
流动噪声主要是由流体在运动过程中的湍流和压力扰动产生的。
湍流产生于流体在高速流动情况下,其中的涡旋以及尾迹会导致流体粒子之间的相互作用,从而产生噪声。
压力扰动则是由于流体在运动过程中受到的压力变化引起的,这也是噪声的另一种主要来源。
在工程领域中,对流动噪声特性的分析是非常重要的。
首先,流动噪声会影响到机器设备的正常运行和使用。
其次,流动噪声也会对周围环境和人类健康产生负面影响,例如在居住区周围的高速公路上,车辆行驶时产生的噪声对居民的休息和生活造成了很大的困扰。
因此,进行流动噪声特性分析对保障设备安全和改善环境质量都具有重要意义。
本文将从流体动力学的角度出发,对流动噪声的特性进行详细分析和研究,探讨其产生机制、影响因素以及减噪方法,并在最后对未来的研究方向进行展望。
流动噪声的产生机制流动噪声主要是由流体在运动过程中的湍流和压力扰动产生的。
湍流是流体运动中的一种混乱运动状态,其特点是涡旋的形成和湍流能量的不断耗散。
湍流的形成主要是由于流体在高速流动过程中产生剪切力,从而引起流体粒子之间的相互作用。
这种相互作用会导致流体粒子的剧烈振动,并形成一系列涡旋结构,从而产生噪声。
除了湍流外,压力扰动也是流动噪声的重要来源。
在流体运动过程中,由于流体受到的压力变化,会引起流体粒子的振动。
这种振动会以声波的形式传播,并产生噪声。
例如,在飞行器的气动外形上,由于空气流动的不规则性,会导致压力分布的不均匀,从而产生噪声。
流动噪声的影响因素流动噪声的产生受到多种因素的影响,包括流体的性质、流动的速度、流体与固体表面的接触程度等。
首先,流体的性质对流动噪声的产生有着重要的影响。
例如,在空气和水中,由于其密度和粘性的差异,其流动特性和产生的噪声也会有所不同。
流致噪声机理及预报方法研究综述
“流致噪声”(flow-inducednoise)是指当介质流动时会产生声音,它是声学中一种重要的现象。
随着社会经济的发展,流致噪声产生的影响越来越广泛,受害者也越来越多,因此,加强流致噪声的研究和控制工作,以提高建筑和环境中的舒适性,成为当下科学家和工程师的热门话题。
流致噪声的机理分析是研究流致噪声的重要基础。
受物理流体流动和自然现象的影响,流致噪声的机理比较复杂,总体分为三种:表面声学效应机理,结构噪声机理及气动爆炸性噪声机理。
为了更深入地探讨流致噪声的机理,数值模拟成为研究中一个重要的方法。
从表面声学效应到流体动力学和边界层理论,多学科交叉研究和先进技术的应用使流致噪声机理的研究受到了提高。
根据流致噪声的机理和特征,可以研究受流致噪声影响的结构的噪声传播特性及影响因素,并确定有效的控制方法。
为此,建立和改进现有的预报方法也成为流致噪声的研究热点。
近年来,依据精确的流致噪声产生和传播机理定义的建模和模拟方法,拓宽了噪声特性研究的深度和广度。
此外,基于混入技术和测试技术,建立了可用于此类噪声预报的有效模型。
本文对流致噪声机理及其预报方法的研究进行了全面的综述,首先,详细描述了流致噪声的机理;其次,从结构声特性和数值模拟的角度,研究了流致噪声影响的建筑和环境;最后,介绍了流致噪声预报方法,包括理论分析、混入技术和实验技术等。
综上所述,通过分析和深入研究,可以加强对流致噪声机理和预报方法的理解,挖掘出改善环境和建筑舒适性的有效途径,从而促进更好的人类工程环境。
水下湍射流噪声试验研究
王春旭;邹建;张涛;侯国祥
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2010(014)001
【摘要】喷水推进器喷注噪声是潜艇重要的水下噪声源.文中旨在对类似的水下自由射流场噪声进行实验测量研究.用压力桶作为混响水池,在其中对扩张喷口、平直喷口、收缩喷口射流在这种压头下辐射噪声功率进行测量,比较其区别并分析水下湍射流噪声特点.
【总页数】9页(P172-180)
【作者】王春旭;邹建;张涛;侯国祥
【作者单位】华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉,430074;海军指挥学院浦口分院信息战研究系,江苏,南京,211800;华中科技大学船舶与海洋工程学院,武
汉,430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】U661.44
【相关文献】
1.基于Kirchhoff方法的水下自由湍射流场噪声预报 [J], 王春旭;张涛;侯国祥;朱海飞
2.水下吹除排污过程气体射流噪声数值模拟 [J], 蔡标华; 肖龙洲; 方超; 秦子明; 石兆存
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收稿日期:2015-06-19网络出版时间:2016-1-1914:55基金项目:国家部委基金资助项目作者简介:王春旭(通信作者),男,1981年生,博士,高级工程师。
研究方向:潜艇声隐身技术。
E-mail :260848719@吴崇建,男,1960年生,博士,研究员。
研究方向:潜艇声隐身技术引用格式:王春旭,吴崇建,陈乐佳,等.流致噪声机理及预报方法研究综述[J ].中国舰船研究,2016,11(1):57-71.WANG Chunxu ,WU Chongjian ,CHEN Lejia ,et al.A comprehensive review on the mechanism of flow-induced noise and related prediction methods [J ].Chinese Journal of Ship Research ,2016,11(1):57-71.0引言流致噪声在航海、航空领域受到高度的关注,它不仅造成飞机、直升机舱室乘员感观和心理上的不适,还严重影响水下作战平台(如潜艇)的隐蔽性。
基于广泛的工程背景需要,自上世纪40年代末,流致噪声机理、预报与控制方法的研究非常活跃,并取得了丰硕的成果,很多流致噪声问题机流致噪声机理及预报方法研究综述王春旭,吴崇建,陈乐佳,邱昌林,熊济时中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064摘要:从自由湍流噪声、壁面湍流噪声、转子噪声和空腔流动4个方面对流致噪声机理及预报方法进行综述。
对目前工程应用中的3个主要流致噪声预报方法,即Lighthill 声比拟理论、Kirchhoff 方法和涡声理论的基本原理及适用性进行详细讨论,并对流致噪声数值模拟方法进行总结。
其中,Lighthill 声比拟理论属噪声源先验理论,虽方便应用但不能描述声流相互作用基础问题;Kirchhoff 方法在运用的过程中虽不需要确切获知源的属性,但声源区的计算精度很重要;涡声理论在声流相互作用等领域有着良好的研究前景。
自由湍流噪声以四极子雷诺应力源为主,存在如螺旋桨等固壁边界时则会产生偶极子源,在低马赫数流动中是更为有效的声源。
关键词:水下湍射流噪声;声比拟理论;Kirchhoff 方法;涡声理论;壁面湍流噪声;空腔流动;流致噪声;数值模拟中图分类号:U661.44文献标志码:ADOI :10.3969/j.issn.1673-3185.2016.01.008A comprehensive review on the mechanism of flow-induced noise andrelated prediction methodsWANG Chunxu ,WU Chongjian ,CHEN Lejia ,QIU Changlin ,XIONG JishiChina Ship Development and Design center ,Wuhan 430064,ChinaAbstract :In this paper,a comprehensive review is presented on the mechanism of flow-induced noise andthe related prediction methods.The review consists of four aspects:noise of submerged jets,Turbulent Boundary Layer (TBL )noise,rotor noise,and flow over cavities.The mechanism and applicability of noise prediction in the field of engineering using Lighthill acoustic analogy,Kirchhoff formulation,and the theory of vortex sound are explained in detail.Furthermore,numerical simulation methods of flow-induced noiseare summarized.Specifically,Lighthill acoustic analogy presumes the noise source to be known in advance,which simplifies its engineering practice;nevertheless,it is defective to describe the exact interaction be ⁃tween flow and sound.Meanwhile,any sound field could be calculated through Kirchhoff approach without source details,but the calculation in the near-field region directly affects the overall precision of the noise field.Finally,profound research on the interaction between vortex and potential flow indicates that the theo ⁃ry is promising when it comes to the production and transformation of acoustic energy.In this case,free field flow noise is presented in quadruple form,while it is presented in dipole form when hard wall bound ⁃ary exists including operating screws,which serves as a much more effective sound source.Key words :noise of submerged jets ;acoustic analogy ;Kirchhoff formulation ;theory of vortex sound ;Turbulent Boundary Layer (TBL )noise ;flow over cavities ;flow-induced noise ;numerical simulation第11卷中国舰船研究理得以突破,航空客机舱室噪声呈现出每10年下降10dB的效果。
基于喷气式飞机发动机喷注噪声研究与控制的工程背景,Lighthill[1-2]奠定了气动声学的基础,开辟了一个新的学科。
随后,针对直升机旋翼、风扇、飞机起落架舱及弹舱等工程问题,对流场中有固壁边界影响噪声、转子噪声和空腔流动噪声问题进行了研究。
王春旭[3]对流致噪声领域工作进行了总结。
水介质中流致噪声的研究起步相对较晚,研究方法完全移植自气动声学。
由于2种介质的可压缩性与粘性存在着巨大差异,故水动力噪声研究的重点方向和噪声特征与气动声学显著不同。
近年来,船舶领域水动力噪声问题受到越来越多的关注,本文拟尝试从流致噪声机理及预报方法方面进行简要综述,以支撑工程问题的理解与解决。
1流致噪声机理及预报方法1.1湍流噪声机理及数值模拟如何在流动中准确描述声源是流致噪声模拟的首要问题。
Lighthill[1-2]建立的声比拟模型揭示,由流动中的速度脉动、粘性应力及熵波动的非线性相互作用产生的非稳定流动均会产生密度脉动(即声波)。
Powell[4]和Howe[5]建立的涡声理论揭示,流动中的涡结构和尺度对其声辐射具有决定性的影响。
随后的研究证明,这2个模型在数学上是一致的。
在低马赫数下,自由湍流声源相当于一个四极子源,声辐射效率非常低(与M a5成正比),但固壁的存在可大幅提高声辐射效率:一是不稳定的界层分离与涡脱落会产生或增强声特征;二是边界非均匀性会提高声转换效率。
流致噪声的预报在思路上可分为直接方法和非直接方法。
直接方法就是通过求解流体控制方程,同时获取流动信息和声信息。
若近场、远场采用统一的控制方程和相同的数值方法,则称为统一数值模拟。
若为了控制计算规模,远场区域用波动方程或线性欧拉方程,则称为分区匹配数值模拟。
而非直接方法指的是首先求解近场流动特征(声源区),然后基于“声比拟”思想间接推算声辐射。
由于分两步计算,非直接方法的缺点是不能考滤源区声流的相互作用。
对流致噪声进行数值模拟较困难,Colonius等[6]和Wang等[7]对此进行了详细讨论。
首先,流致噪声本质上是非稳态的,因此,稳态雷诺平均法不适用,而非稳雷诺平均法、大涡模拟和直接数值模拟的代价又很高,即便是在计算机软、硬件技术高度发展的今天,对于工程流体力学问题进行非稳态计算也很困难。
其次,流体脉动能量和声波动能量相差几个数量级,这便给直接方法提出了很高的精度要求。
采用非直接方法时,远场声波动和近场流动(源)是分开计算的,虽然数值计算的精度要求低得多,但必须控制数值发散。
再次,声波动尺度与流动特征尺度差别较大,在自由场,声波波长λ与流场特征尺度(涡)l及马赫数Ma的关系为:λ=l M a,即马赫数越低,两者的差别越大,采用直接方法就越困难。
但这种尺度上的差别又恰好给非直接方法的应用创造了有利条件。
由上述分析可知,非直接流致噪声数值模拟方法的适用性、计算区域的选择与流场(源区)和声场的特征尺度关系密切。
可以建立“远场”、“紧致性”这2个概念来帮助确定适当的数值方法(图1)。
图中:L s表示声源区尺度;l表示流场内流动特征尺度(涡)。
若场点离最近声源点的距离远大于声波长,即d/λ>>1,则场点区域可视为“声远场”;若场点离声源区的距离远大于声源区尺度,即d/L s>>1,则场点区域可视为“声源区远场”。
“远场”的概念可以大幅简化积分形式声比拟理论预报噪声的运算量。
若l/λ<<1,则称声源是紧致的;若L s/λ<<1,则可称声源区是紧致的。
紧致声源(声源区)可处理为点声源。
声源区不同点对场点的辐射存在着时间差,对该延迟时间的处理一直是计算声学领域的难点。
紧致性的概念大大简化了声比拟理论的应用,即便声源区不是紧致的,利用某个方向的部分紧致性也可大幅减少计算量。
1.2湍流噪声预报方法1.2.1声比拟理论声比拟理论属非直接方法。