基于FLUENT的不同喷管形状喷流噪声分析

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1、第43卷第3期2013年5月航空计算技术Aeron卸ticalComputing‰hniqueV01．43No．3Mav．2013基于FLUENT的不同喷管形状喷流噪声分析蒋峰，马建敏(复旦大学力学与工程科学系，上海200433)摘要：通过简化发动机喷口模型，研究喷管的喷口形状改变后对喷气噪声的影响，针对三种模型，即普通、三角形锯齿以及半圆形锯齿喷管，通过FLuENT软件进行计算分析，并将计算得到的流场以及监测点的声压级进行比较，结果表明，锯齿形尾喷口形状对降低排气噪声较为理想，在最小程度影响出口速度的情况下能减少排气噪声2～6dB。关键词：发

2、动机；尾喷口形状；噪声；FLuENT中图分类号：v231．2文献标识码：A文章编号：1671—654x(2013)03—004l—04NoiseAnalysisofD曦rentopeningNozzleModelBasedOnn—UENTJIANGFeng，MaJiaIl—min(却。疗撇眦矿舭^彻妇口以魄inee^昭&如脱e，几如n‰娩瑙渺，航口，神倒200433，吼iM)Ab渤mct：Int}lispaper，thecentralworkistocalculateandanalyzetheexhaustnoiset}lroughchaJlg

3、ingtheshapeoftlletailingspout，usecomputationalnuiddyn踟icsmeansbyFLUENTtocalculateaJldmeshdifI．erentmodels，andcompareaUtlle葩sults．Intlleend，tlleconclusionisthetriangularnozzlemodelispeIfect，itcanreducethenoiseby2～6dB．Keywords：en舀ne；tailingspout；noise；FLUENT引言涡扇发动机由于具有许多优点，已被广

4、泛应用于客机和运输机，但其排气噪声仍是飞机的主要噪声源之一。为了降低排气喷管的排气噪声，最简单的办法就是降低排气速度，但会降低发动机的推力。如何通过改变发动机尾喷口形状，在较小降低排气速度的情况下，达到较好的降噪效果，是当前国内外在这一领域研究的热点之一。本文针对航空发动机的高速喷流产生的噪声进行研究，通过更改喷管开口形状以分析其降噪效果⋯。对于规则喷管轴对称高速喷流的噪声声压级，可以通过经验公式(1)旧1进行预估。k一80lgy一25(1)根据式(1)，想要降低噪声，最直接的办法就是降低尾喷口的喷流速度y，但是实际应用中带来的直接后果是降低了

5、发动机的推力，影响飞机的性能，所以在不影响推力的情况下，唯有改变喷流结构旧J，才能降低噪声，改变喷管尾喷口形状是改变喷流结构的有效方法，所以本文通过改变喷口形状进行建模计算，本文采用专业的流体分析软件FLuENT对建立的模型进行有限元分析计算。发动机的模型相对复杂，因为只对喷流噪声进行分析，所以本文将发动机模型进行最大程度的简化，如图1所示，将复杂的发动机模型简化成一个不同横截面的轴对称圆管，通过边界条件的定义模拟发动机喷口真实工况。‘图lCAD模型1模型的建立如图1，改变喷口形状有很多方法，本文中采取如收稿日期：2013一01—22基金项目：

6、上海市经委项目资助(产一36一专项一1)作者简介：蒋峰(1988一)，男，江苏泰州人，硕士，主要研究方向为气动声学。航空计算技术第43卷第3期图所示的锯齿模型来进行分析，以验证效果。首先通过CAD建模软件建立三种模型，后两种在普通喷口基础上向内切割成为半圆以及三角形锯齿形状。通过对这三种模型的计算分析比较它们出口的流速和噪声。模型参数如下：人口直径lm，出口直径0．6m，长度1．5m+0．875m，齿数8，齿深0．25m。2有限元模型的建立2．1网格划分通过GAMBIT软件对建立好的模型划分网格，网格大小以及单元数如下表所示。网格划分好之后将模

7、型导人FLuENT进行计算。网格信息表2．2计算方法计算方法选择LES方法[3】，即大涡模拟的方法。在LES方法中，通过使用滤波函数。每个变量都被划分成两部分。例如，对于瞬时变量咖有：大尺度的平均分量咖，为滤波后的变量，是在LES模拟时直接计算的部分。小尺度分量西’是需要通过模型来表示的。平均分量咖是滤波后得到的变量，它不是在时间域上的平均，而是在空间域上的平均。滤波后的变量西可通过下式得到：石=【咖G(Ⅲ’)出7(2)式中，D是流动区域，戈’是实际流动中的空间坐标，石是滤波后的大尺度空间上的空间坐标，G(菇，石’)是滤波函数。G(z，石7)决

8、定了所求解的涡的尺度，即将大涡与小涡划分开来。咖只保留了牵在大于滤波函数G(菇，菇’)宽度的尺度上的可变性。G(z，z’)的表达式有多种选择，但有限体