锯齿形尾缘喷嘴射流增混与降噪机理研究
锯齿尾缘对叶片尾迹特性的影响
１．２ 数 值 模 型 及 参 数 设 置 采用 Fluent流体分析软件进行数值 仿 真,选 取 雷
诺时均 NＧS(NavierStokes)方程组作为控制方程.由
������国家自然科学基金资助项目 (１１６７２１０６);湖南省科技厅省科技创新平台与人才计划 (２０１７RS３０４９) 收 稿 日 期 :２０１８Ｇ０７Ｇ０９; 修 订 日 期 :２０１８Ｇ１２Ｇ０１ 作者简介:贺艳文 (１９９１Ｇ),男,江西萍乡人,在读硕士研究生,从事航空发动机气动噪声研究.
贺艳文,李学军,冯和英,蒋玲莉,屈 伟
(湖南科技大学 机械设备健康维护湖南省重点实验室,湖南 湘潭 ４１１２０１)
摘要:对某型轴流压气机叶片尾缘进行三角锯齿建模,利用 Fluent软件对基准叶片、短锯齿叶片、长锯齿叶片 进行数值模拟研究.研究表明:锯齿尾缘可以有效加强尾迹区与主流区之间的流动掺混,且长锯齿尾缘尾迹区 流动掺混程度比短锯齿尾缘更强;流动掺混的增强使得叶片出口速度更均匀,从而减小速度亏损.同时,由于 长锯齿尾缘叶片显著地降低了尾缘附近的湍流强度,导致湍流与叶片尾缘相互干涉作用降低,因而能有效降低 压气机叶片噪声,相比于基准叶片及短锯齿尾缘叶片,长锯齿叶片在降低噪声和减小流动损失方面效果更佳. 关键词:压气机;锯齿尾缘;尾迹;速度亏损 中 图 分 类 号 :TP３９１������７∶V２３５������１ 文 献 标 识 码 :A
１９７８年,Howe[１]在 理 论 上 证 明 了 平 板 翼 型 锯 齿 能有效地降低 尾 缘 噪 声,之 后 Oerlemans等 将 [２] 叶 片 加装在４７m 长 风 力 机 上,具 有 锯 齿 尾 缘 的 叶 片 降 低 了噪声大约３．２dB.Moreau 等 研 [３] 究 了 平 板 在 中 低 雷诺数下锯齿尾缘对 其 噪 声 的 影 响,结 果 表 明 锯 齿 尾 缘 能 对 低 频 范 围 内 的 噪 声 降 低 约 ３dB.
锯齿形尾缘结构对轴流风机气动特性及内流影响分析
锯齿形尾缘结构对轴流风机气动特性及内流影响分析叶片尾缘涡脱落及尾迹是影响轴流风机噪声及流动损失的重要因素之一,对叶片尾缘改型可影响尾缘涡脱落及尾迹流动,而尾缘锯齿结构为一种尾缘改形方法,众多研究显示其具有降低叶轮机械噪声的潜力,但其对轴流风机包括尾缘脱落涡、尾迹等内流影响的研究尚不多见。
本文以一款轴流风机为研究对象,在尾缘添加锯齿结构,结合数值模拟方法,旨在研究尾缘锯齿结构对轴流风机气动特性及内流的影响。
(1)通过数值模拟方法对一款轴流风机气动特性进行评估,并结合实验测试结果对数值模拟方法进行验证,结果表明,数值模拟与实验测试结果相比,全压及效率误差在5%以内,证明了数值计算方法的有效性。
(2)在轴流风机尾缘添加多种尺寸的正弦型锯齿结构,基于数值模拟对比分析各模型气动特性,结果表明正弦锯齿结构削弱叶片尾缘做功能力,使得风机全压降低,但提升了中小流量工况下风机效率1~2%,且齿宽和齿高两参数对风机全压及效率的影响程度不同,气动性能对齿高的变化更敏感。
(3)基于稳态及瞬态数值模拟对轴流风机内流进行分析,结果显示锯齿结构能切碎尾缘脱落涡,降低尾缘处涡的展向一致性,且形成锯齿间的涡对,拓宽了脱落涡的分布范围。
同时,锯齿结构有效减弱叶片中部以下位置尾缘附近的尾迹强度,对尾迹的抑制作用从叶片根部到中部逐渐减弱。
压力脉动分析结果表明锯齿结构能降低近尾缘处的压力脉动,且主要是低频压力。
(4)针对这种尾缘添加锯齿结构的特殊形式的叶轮叶片,其三维造型及结构化网格划分异常繁琐,为加速数值模拟前处理,对这种特殊形式的叶轮叶片进行参数化建模,且基于二维网格层叠形成空间六面体网格的思路完成叶轮域的结构化网格划分,并提出一种权重因子计算方法,经网格质量评估指标验证,其显著改善了超限插值法所生成二维网格的质量。
锯齿形尾缘喷嘴气动声学实验及数值分析
摘 要： 为 了研 究在低马赫数 Ｍａ ＝ ０ ． １ ２ 条 件下锯齿形 喷嘴射流气动 声学特 性 ， 对多种参数 的锯 齿形喷嘴射流速 度
剪 切 层 外 区域 进 行 声 压 近 场 测 量 和 远 场 测 量 。根 据 近 场 和 远 场 的 测 量 结 果 ， 分 析 声压 从近 场 向远 场 发 展 的趋 势 。 结
合射流场数值齿形尾 缘喷嘴的湍流性能与近远场声压之问 的
关 系 。分 析 表 明 ， 在相同渗透度下， 随着 齿 数 的增 加 ， 噪 声 总 声 压 级 在 整 个 指 向范 围有 明显 的 降低 。在 相 同齿 数 下 ， 随
渗透度的增加， 锯齿形喷嘴降低低频噪声， 增加高频噪声， 呈现 明显 的指 向性分布特点。 关键词：声学 ； 锯齿形尾缘喷嘴； 射流 ； 数值模拟 ； 湍动 能
ＧＵＯ Ｊ ｉ ｎ－ ｚ ｈ ｉ， ＯＵ Ｙ ＡＮ Ｇ Ｈ ｕ ａ Ｔ Ｉ ＡＮ Ｊ ｉ ｅ Ｗ Ｕ Ｉ ｒ ａ — ｄ ｏ ｎ ｇ ， ＤＵ Ｚｈａ ｏ－ ｈｕ ｉ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ４ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
中图 分 类 号 ： Ｖ２ ３ １ ． ３ 文献标识码： Ａ Ｄ ＯＩ 编码 ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ — １ ３ ３ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ４ ４
锯齿尾缘翼型近场湍流试验研究
0引言现代航空发动机已经达到很高的涵道比，如陈光介绍了波音787客机在设计中对声音的要求[1]，可见降噪成为了如今设计发动机翼型的另一目标。
在低马赫数时，风扇出口导流叶片的宽频噪声和喷流噪声同时成为翼型的2个最大噪声源。
在风扇出口导流叶片的宽频噪声中，尾缘噪声占大部分[2]。
Brooks [3]对尾缘噪声进行了首次试验研究，并由Amiet [4]成功得出预测模型。
为了对尾缘噪声进行降噪[5-6]，Adams 第1次提出可以借鉴猫头鹰的翅膀形状来对尾缘噪声进行控制。
20世纪60年代后，Lilley [7]重新采用该种方法，对猫头鹰的飞行进行了气动研究并得出降噪原理。
Lilley 提出鸟类柔软的羽毛可能会产生降噪的效果。
Bohn [8]进行了多孔边缘扩展研究，继而Revell [9]进行了声学研究，Sarradj [10]又进行了多孔翼型研究，对于翼型降噪，Fink [11]和Khorrami [12]都进行了多孔和锯齿尾缘研究。
翼型表面的优化造型会限制声音辐射，但往往会严重降低气动性能。
以前大量的试验研究着重对前缘锯齿优化，如Howe [13]对尾缘锯齿进行了大量研究，从开始的正弦齿状发展到尖的锯齿形状,得出锯齿结构可以有效的整合流动方向尾迹涡，锯齿与来流方向夹角兹<45毅时降噪效果更好，试验研究表明，这种方法至少可以降低噪声5dB 。
受叶片前缘湍流以及边界层湍流和尾缘湍流的互相影响，薄叶片尾缘噪声中的宽频部分与叶片边界层内剧烈剪切区域中发展的锯齿尾缘翼型近场湍流试验研究许坤波，叶英哲，仝帆（西北工业大学动力与能源学院，西安710072）摘要：基于锯齿尾缘结构在航空发动机上的应用，对其降噪机理进行研究。
通过3维热线风速仪测量2种尾缘结构的尾迹流场揭示锯齿降噪的流动本质，其结果显示出锯齿尾缘后流场的细微湍流结构变化规律，并在尾迹流场可见单个锯齿的齿峰和齿谷。
结果表明：锯齿尾缘后尾迹中心线速度的衰减率比直尾缘的高；湍流峰值因为锯齿尾缘的存在出现在离翼型更远处，锯齿在近尾迹区产生了额外的马蹄涡。
低马赫数下锯齿形尾缘喷嘴的气动声学特性研究
低马赫数下锯齿形尾缘喷嘴的气动声学特性研究锯齿形尾缘喷嘴是应用于航空尾喷管上的降噪技术,由于其具有降噪明显,推力损失小、加工简单等诸多优点,成为当前被动控制技术研究的热点。
将锯齿形尾缘喷嘴技术应用到低马赫数条件下,对其气动和声学特性进行研究,对于降低包括排空噪声在内的工业噪声有很好的帮助作用。
本文采用实验和数值模拟相结合的方法,对低马赫数下锯齿形尾缘喷嘴的气动和声学特性进行了研究。
分析了不同渗透度、不同齿数的锯齿形尾缘对射流流场、涡量场和湍动能分布的影响,以及射流远场噪声频谱和指向性的变化,对锯齿形尾缘改变流场结构并进一步影响声学特性进行了探索。
本文的主要研究工作包括:1.搭建了锯齿形尾缘喷嘴气动声学实验装置,设计并加工了不同的锯齿喷嘴。
该实验装置主要由进气消声风洞和气动消声室组成,可以方便进行喷嘴的流场分析以及气动噪声分布的研究。
设计加工的喷嘴主要用于分析锯齿渗透度和齿数对于射流流动和噪声的影响,剔除了锯齿形尾缘喷嘴其它参数影响,提高了研究针对性;2.通过时空分辨的TR-PIV技术测量了锯齿形尾缘喷嘴和圆锥喷嘴的射流流场。
分析了射流平均流场的轴向速度场、径向速度场和周向涡量场,同时对射流湍流强度分布等进行了处理,阐述了锯齿渗透度和齿数对于射流流动的影响;3.采用数值分析的手段对锯齿形尾缘喷嘴和圆锥喷嘴进行了模拟。
划分了非结构化的网格,在数值模拟软件中设定计算条件进行模拟计算。
计算结果与实验结果进行了对比分析,进一步阐述了锯齿形尾缘喷嘴渗透度和锯齿数对于射流流场的影响;4.对锯齿形尾缘喷嘴和圆锥喷嘴的远场噪声辐射进行了实验测量。
在不干扰流动情况下,在远场喷射流动的轴向平面上布置了多个测量点,噪声1/3倍频程频谱和指向性分布结果,分析了锯齿形尾缘渗透度和锯齿数对于射流噪声辐射的影响,同时探讨了流动和声学的关联。
尾缘锯齿对斜流叶轮气动噪声的影响
尾缘锯齿对斜流叶轮气动噪声的影响
智博文;张师帅;陈俊君;陈文昊
【期刊名称】《制冷与空调》
【年(卷),期】2018(018)009
【摘要】针对某型斜流叶轮的气动噪声问题,利用FLUENT软件对尾缘锯齿斜流叶轮的气动噪声进行数值模拟,获得尾缘锯齿斜流叶轮气动噪声的分布特性,并对比分析尾缘锯齿结构对气动噪声的影响规律.结果表明,尾缘锯齿结构可显著降低斜流叶轮整体噪声水平,并且形状越尖锐的锯齿降噪效果越明显,但同时存在叶轮气动性能的损失.研究结果可为斜流叶轮的降噪设计提供理论依据.
【总页数】5页(P15-19)
【作者】智博文;张师帅;陈俊君;陈文昊
【作者单位】华中科技大学;华中科技大学;华中科技大学;华中科技大学
【正文语种】中文
【相关文献】
1.叶片非均匀分布对斜流叶轮气动噪声的影响 [J], 智博文;张师帅;陈俊君;陈文昊
2.渗透度对锯齿形尾缘喷嘴气动声学影响 [J], 朱锡佳;欧阳华;田杰;杜朝辉
3.带尾缘吹气的空心叶轮轴流式风机内部流动和气动噪声模拟 [J], 张师帅;马如林;李刘杰;杨山坡
4.叶片几何参数对倾斜锯齿尾缘叶片气动及噪声特性的影响研究 [J], 邬长乐;王善彬;张文清;谢鸣;李乐;冷琳
5.锯齿尾缘叶片气动特性数值模拟研究 [J], 邹如萍;李传鹏;安志强;商超群;宣彬
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基于混合数值算法的锯齿形喷管气动噪声仿真
基于混合数值算法的锯齿形喷管气动噪声仿真
闫国华;冯叔阳
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2022(39)4
【摘要】为了预测航空发动机喷流噪声远场声压级,满足未来的航空器噪声适航要求,采用计算流体力学(CFD)和计算航空声学(CAA)混合数值算法,对安装Chevron 型锯齿的喷管进行气动噪声仿真计算。
使用大涡模拟(LES)计算喷管的瞬态喷流流场。
在流场计算的基础上使用Ligthill声类比进行声源提取,结合有限元/无限元方法对喷流噪声近场/远场的辐射特性进行仿真计算及分析,并将喷流噪声的数值仿真结果与实验值进行对比验证。
数值仿真结果表明,混合数值计算方法的计算结果与实验所测远场声压级基本吻合,可以用于喷流噪声的预测。
【总页数】8页(P29-36)
【作者】闫国华;冯叔阳
【作者单位】中国民航大学航空工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】V235.1
【相关文献】
1.基于混合方法的二维圆柱绕流气动噪声数值预测
2.基于气动(气动噪声)/结构耦合仿真研究
3.基于混合方法的轨道交通牵引电机离心风扇的气动及噪声性能计算
4.
基于混合雷诺平均/高精度隐式大涡模拟方法的高升力体气动噪声模拟5.基于混合法的船用离心风机气动噪声数值预报
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锯齿尾缘对风电机组气动性能的影响
锯齿尾缘对风电机组气动性能的影响
曾明伍;杨俊伟;孙振业;吴鑫波
【期刊名称】《东方电气评论》
【年(卷),期】2022(36)1
【摘要】随着我国风电场建设由三北地区向西南山区、沿海等地区转移,同时风力机的风轮直径已经突破200米,风力机的噪声问题越来越严重。
锯齿尾缘是目前最常用的风电叶片被动降噪附件,但也导致风电机组气动性能和载荷发生变化。
在扬州大学低速风洞开展了翼型升力、阻力、表面压力分布等风洞试验研究,验证了不同锯齿尾缘对翼型气动性能的影响。
采用大型风力发电机组设计与分析软件BLADED进行仿真模拟,探讨了锯齿尾缘对风电机组气动性能的影响,评估了锯齿对叶根稳态载荷的影响。
结果表明,锯齿尾缘会提高风电机组气动性能,也会增大叶根稳态载荷。
【总页数】6页(P50-55)
【作者】曾明伍;杨俊伟;孙振业;吴鑫波
【作者单位】东方电气风电股份有限公司;扬州大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM315;TK83
【相关文献】
1.渗透度对锯齿形尾缘喷嘴气动声学影响
2.尾缘锯齿对斜流叶轮气动噪声的影响
3.叶片几何参数对倾斜锯齿尾缘叶片气动及噪声特性的影响研究
4.风电叶片锯齿尾缘材料选取及安装工艺要领
5.不同宽高比锯齿对风电机组气动噪声的影响
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锯齿形尾缘喷嘴射流增混与降噪机理研究喷嘴的射流噪声问题是目前空气动力学和气动声学领域的一个研究热点。
锯齿形尾缘结构具有加工简单、降噪能力显著等优点，是已经应用于航空发动机尾喷管上的被动控制降噪技术，具有重大的研究意义。
本文借助实验和数值计算的手段，在低马赫数情况下，针对圆锥形喷嘴和不同参数锯齿形尾缘喷嘴的射流的气动声学特性进行了研究。
渗透度和齿数为本文研究的主要参数，为捕捉速度剪切层的变化，分别研究了射流的涡量场、速度场、湍流度场以及湍动能云图分布，并对射流近场噪声声压级分布、远场噪声频谱和指向性的分布进行了分析。
探索了锯齿形尾缘结构是如何通过改变流场结构从而影响声音向远场的辐射。
以下是本文的主要研究工作：（1）搭建了气动声学测试台架。
试验台架是在气动半消声室中搭建的，主要为进气消声风洞。
通过调节辅助风机的转速，保证各参数锯齿形尾缘喷嘴的势流核速度一致。
渗透度和锯齿数目是分析射流流动的主要参数，可以有针对性地研究锯齿形尾缘结构对射流气动声学特性的影响；（2）利用数值计算手段对锯齿形尾缘喷嘴和圆锥形喷嘴射流场进行了模拟。
首先对各种喷嘴划分了结构化网格，然后进行数值模拟计算。
对比了计算和实验结果，验证了不同参数锯齿形尾缘喷嘴对射流流场增混的影响；（3）利用热线技术测量了锯齿形尾缘喷嘴和圆锥形喷嘴的射流流场。
分析了不同参数喷嘴的射流平均流场，包括轴向速度场、湍流度场等，较好地说明了锯齿渗透度和齿数对于射流流动结构的影响；（4）用麦克风传声器测量了喷嘴射流远场的散点噪声分布，并在喷嘴出口区域进行了近场噪声场的测量。
得到远场噪声频谱和指向性分布结果以及近场噪声的声压级云图，分析了渗透度和锯齿数目对于射流近场噪声声压级的影响及其向场声辐射产生的指向性影响。
（5）利用实验和数值分析得到的流场结果和实验测得的声场结果，以气动声学理论为基础，详细地分析了锯齿形尾缘喷嘴射流流动和声学之间的关联，为选择具有优秀声学品质的锯齿形尾缘喷嘴提供了有价值的参考。