射流气动声场宏观和微观方法的研究及其应用

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringApplicationandResearchonAeroacousticFieldaboutJetBasedonMacroandMicroMethodsPh.D.Candidate:XueYongfeiMajor:FluidMachineryandEngineeringSupervisor:Prof.WuKeqiHuazhongUniversityofScienceandT

2、echnologyWuhan，430074，P.R.ChinaAug.2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本

3、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文摘要射流气动噪声问题引起了越来越多的关注，本文从宏观与微观角度出发，分别用FEM、FVM、LBM、MDM和谐振子方法等研究射流气动声场问题，并作了某些研究探索。对于贯流风机非轴对称射流组成的受限空间旋转射流气动声场，本文用宏观传统的气动声学计算方法，研究了它的旋转射流特性及其房间流场的气流组织，数值分

4、析和实验测量了因流动致声的有关对应监测特征点的静压频谱及功率谱密度分布。对于轴对称管道旋转射流流动，采用定常—非定常—LES的大涡模拟方案，研究了旋转射流特性、压力频谱与声压及其声传播问题。动叶的卡门涡和叶顶泄漏涡，以及叶片前缘产生的近壁叶道涡是动叶组特色涡。涡声的源头位于前缘和尾缘。流场外侧的湍流粘性和有效粘性均大于中部，加剧了声音耗散，声压的幅射重点指向轴线四周。对于轴对称圆射流运动，本文用有限元方法构造了三维圆喷嘴模型。在射流出口设置空气的阻抗边界条件，用Skyline求解方法，对三种高雷诺数流动和两种低雷诺数流动进行数值分析，用以描述流场对应的声模态和对应频域的声场信息

5、。圆射流的声压是以声阻抗率为特性的传播，呈现测量的退相干性。射流的声模态与管嘴的结构模态在大雷诺数下的高频率段重叠交叉，耦合作用不明显。大雷诺数下的声压指向性呈弱的非轴对称结构，而小雷诺数高马赫数的声压指向在近场是球形的。在高频部分的下游传递出锥状逆波，破坏了轴线两侧的波阵面，尤其是在上游轴线周侧。本文用介观方法对射流气动声场作了LBM编程计算。建立了C语言计算平台，-9其相对量值分析易达到10以上的时空精度，D2G9模型较适合展开声场计算，小周期的速度干扰声压计算与文献结果对比较好。采用分子动力学的Andresen柔性约束机制，对射流流场这一特定的巨正则系统进行了二维微尺度分

6、子运动仿真研究，各处都表现出湍流的性质，速度脉动呈随机特性。国家自然科学基金项目（50676035,50976044）I华中科技大学博士学位论文Lagrange密度可以方便的以当地密度和压强进行计算，密度的时间变化近似有二周期特点。与壁面相互作用强烈产生较大的声压，壁面的随机碰撞是一种有效的控制方法。本文又提出了三势流组合成的复合势流模型，获得了各种声压分布。在点源内部，谐振子作用下的绝对值相比经典情况值较大，中间经历一个虚数“真空带”。双偶极子的内部声压类似于双帽子分布。势流作用下的射流声场，声压在近管口的轴线四周有很强的指向，而管径较大时，整个趋势和示值与文献计算较符合。本

7、文的研究结果和某些探索，为进一步的声学微观机理研究做了一定铺垫。并为在分子和量子水平上研究宏观气动声场问题，提供了进一步的研究基础和可能的应用技术支持。关键词：射流声模态格子玻尔兹曼方法分子动力学谐振子声流耦合II华中科技大学博士学位论文ABSTRACTJetaerodynamicnoisecausesmoreandmoreattention.Thisresearchaimstostudyandanalyzethejetaerodynamicsoundbehaviorfrommacrosco