超声速混合层气动声场的数值模拟与机理研究

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1、天津大学硕士学位论文超声速混合层气动声场的数值模拟与机理研究NumericalSimulationofAcousticRadiationinSupersonicMixingLayer学科专业：__流体力学___研究生：___马利宇____指导教师：方一红副教授天津大学机械工程学院2017年12月趿fTlPi卩彗干JΞ胎Yˇ孳FJ腼±百迤明奈劭髀丫瞽Yˇ犁告蛳哥畲⊥甲勘明搜形J/l工醴狍勘明=髀恤形狃凿洌上丫中勃i暂u吖泊斟耻唑逸7换雨矽刂‘中业弓弓￥Y聃口钐群挲‘獯静刍卩;∫冫搜彤￥凿币业回弓吖诤勘Υ聿;Υ:言∮亏氵狰l[Il{'丫谮阜呻t;助冫:{∶:言:;言冯准皿I∶‘明凹早巛ˇ搜肜昭

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5、鸟J/r又日羁幸日V%:潴乙鸟η刁J`吖¨日:潴摘要气动噪声问题制约着飞行器性能的提升，因此受到了工业界和学术界的日益重视。为进一步揭示超声速流动下混合层声辐射机理，提高对超声速混合层气动噪声的认识，对超声速平面混合层声辐射特性进行研究。本文采用混合方法，将计算域划分为流体动力学近场和声辐射远场两部分。近场计算中，本文使用了抛物化稳定性方程(PSE)、扰动方程(NLDE)等方法，求解得到近场流动特性以及远场计算所需的参数等。远场计算中，将一种积分理论(Wu积分)应用到混合层远场

6、压力预测上，得到马赫波辐射的声源位置、强度和方向。主要结论如下：(1)两种模态扰动波均沿着固定方向传播；Wu积分能够反应出噪声辐射源位于近场扰动压力幅值最大处，并准确反应出马赫波能量和相位沿固定的、两个不同方向传播的物理特征。(2)不稳定波的幅值演化特性决定了马赫波能量的集中程度，幅值增长衰减区间越短，马赫波波束越窄，马赫波能量影响范围越小；反之，马赫波能量影响范围越大。(3)来流温度比是影响声辐射的重要参数之一，且温度比的变化对快慢模态影响不一致。(4)结合PSE、NLDE和Wu积分研究了线性波包、非线性波包的演化及远场声辐射。结果表明：不稳定波频率之间的差值会影响马赫波辐射特性，差值越

7、大，不稳定波峰值位置相距越远，远场马赫波辐射影响的范围越大。对于非线性波包，在入口加入两个频率相近的波时，非线性作用激发出差频波，等价于在下游产生了一个新的“声源”，强烈影响着远场马赫波辐射的强度和范围。关键词：混合层，抛物化稳定性方程，非线性扰动方程，快慢模态，马赫波辐射，气动声场IABSTRACTAcousticradiationhaslongbeenaseriousconcernforAircraftperformance;consequently,itattractsmoreandmoreattentionsfromscientificresearchers.Inordertoim

8、proveourunderstandingoftheaboveproblem,thestudyonthecharacteristicsofacousticradiationforsupersonicmixinglayeriscarriedouttofurtherrevealitsmechanism.Inthispaper,thecomputationaldomainisdividedintotwoparts:nearfieldandfarfield.ThenearfieldcalculationisinvestigatedbynumericalsimulationofPSEandNLDE.

9、Andanintegraltheory(Wuintegraltheory)basedonstabilitytheoryisappliedtopredictthefarfieldpressureofmixinglayer.Mainaspectsofpresentstudyaresummarizedasfollow：(1)Thetwomodeunstablewavespropagatealongthefixeddirecti