高压比离心压气机气动噪声数值预测

采用混合计算气动声学方法研究了高压比离心压气机气动噪声,首先计算了压气机非定常流动,获取了声源面上的时域脉动压力,进而通过间接声学边界元法(IBEM)预测了压气机气动噪声,并在增压器性能试验台上完成了相应的噪声测试.结果表明:压气机气动噪声主要由叶片通过频率及其倍频出现的离散单音噪声与宽频噪声组成,且总声压级由离散单音噪声决定;对比计算和试验得到的监测点声压级频谱可以看出二者基本吻合,说明数值仿真具有较高的精确度,使用的仿真方法可应用于高压比离心压气机的噪声预测;压气机气动噪声自进气管口向外辐射时,声压级分布并不均匀;且受频率影响,不同频率噪声的传播能力存在明显差异.     

增压器气动噪声特性及贡献度的数值分析

基于数值计算方法,研究了船用低速柴油机增压器气动噪声特性,并分析了压气机和涡轮对增压器气动噪声的贡献度。首先分别建立了压气机和涡轮的数值模型,计算了增压器设计工况下二者的非定常流场,并获取了用于噪声计算的声源信息;进一步采用声学边界元方法计算了压气机和涡轮的气动噪声。结果表明:压气机和涡轮气动噪声谱成分均为离散单音噪声和宽频噪声,噪声峰值依赖于叶轮叶片数;压气机气动噪声声压级明显高于涡轮气动噪声,是增压器主要噪声源。     

计算气动声学混合方法在涡轮降噪研究中的应用

航空发动机和水下航行器中涡轮的气动噪声问题逐渐成为研究的热点,涡轮气动噪声的预测是研究涡轮气动噪声的关键,计算气动声学混合方法是现在应用最广泛的噪声预测方法。本文对计算气动声学研究方法和涡轮气动噪声预测理论基础进行研究,应用计算气动声学混合方法对某型涡轮的气动噪声进行预测。气动噪声仿真结果与实验测量结果的一致性说明了本文应用的计算气动声学混合方法预测涡轮气动噪声是可行的。     

船用柴油机涡轮增压器的进气消声器性能分析

为更好地进行船用低速柴油机涡轮增压器进气噪声控制,以现有自行设计的径向进气消声器为研究对象,探讨了其性能预测方法,并进行了相应的试验验证.结果表明:消声器对压气机性能影响较大,压气机性能计算时应将其考虑在内;采用管道声模态法计算了消声器传递损失,主要降噪频段及降噪量结果与试验测量值一致,消声器可以有效抑制高频段的增压器进气噪声,离散单音噪声峰值明显降低.在增压器高转速时,消声器对中、低频段的多重单音噪声峰值抑制能力有限,在原有消声器结构中加入声衬,可以使消声器低频和高频声学性能得到进一步优化.     

多级轴流压气机一维性能预测程序开发及应用

为了实现对轴流压气机气动性能的准确预测,基于平均流线法建立了多级轴流压气机一维气动性能预测方法,编制了相应的Matlab程序,该方法允许针对不同类型压气机选择适用的经验模型。通过计算得到了某四级亚音速轴流压气机和某八级高速轴流压气机的气动性能,对比分析发现,一维性能预测结果与实验/三维CFD模拟结果吻合较好,效率与压比计算偏差均保持在较小范围内,预测结果精度较高。为进一步提高压气机气动性能预测的准确性,发展了一种经验模型自动校准方法,采用该方法对选取的四级亚音速轴流压气机和八级高速轴流压气机模型进行校准,校准后对各转速下气动性能的预测精度均有所提高。研究工作表明,所建立的多级轴流压气机一维气动性能预测方法以及模型自动校准方法具有一定的准确性和可靠性。     

某型螺旋桨飞机气动噪声降噪研究

针对某型电动螺旋桨飞机噪声过大问题,在保证螺旋桨气动特性的同时,提出了改进沿展向桨叶形状的降噪方法。采用FW-H模型、非定常滑移网格及大涡模拟方法获得了气动噪声频谱特征;通过地面远场噪声试验,得到了螺旋桨在三种转速下的气动噪声频域特性和声压强度分布规律。对比分析螺旋桨各测点声压级试验数据和数值计算结果,证明了数值计算模型的准确性。基于所建立的计算模型和方法,预测了不同螺旋桨在三个转速下的声压级分布,得出桨叶形状对螺旋桨气动噪声的影响规律。研究表明:当螺旋桨转速高于1 000r/min时,新叶片较原叶片气动噪声明显降低。这说明桨叶载荷噪声在气动噪声中起主导作用,可以通过改变沿展向桨叶形状,有效降低叶片的气动噪声。     

用于跨音速多级轴流压气机气动性能模拟的准一维程序

发展了一种能够较为准确预测跨音速多级轴流压气机气动性能的准一维数学模型。该模型基于欧拉方程外加源项的方法,可对多级轴流压气机的气动性能进行数值模拟。方程中的源项用于表示叶片、壁面摩擦以及流道面积变化对气流的影响,可以通过求解叶片排的进出口速度三角形求得。通过对跨音速压气机内部复杂的三维流动现象进行了简化,发展了合适的损失系数和落后角模型用来计算得到叶片排出口参数。对两种不同的多级跨音速压气机进行了数值模拟并与实验结果进行了对比,验证了本模型能够较为准确地模拟出跨音速轴流压气机的气动性能,但计算的精确度还需要根据不同的压气机类型对经验公式的系数进行优化。发展的模型根据压气机简单的几何尺寸就能对其气动性能做出较为准确的预测,这在压气机的预设计以及优化阶段有着重要的指导作用。     

基于DES模型翼型尾缘气动噪声数值研究

为获得高气动性能、低噪声水平的风力机翼型,基于分离涡模拟(DES)模型和声学类比方程建立混合模拟法预测噪声,以S809翼型为基础翼型进行数值模拟,研究尾缘厚度及其分配比对风力机翼型气动性能及气动噪声的影响规律。通过样条函数参数化处理针对翼型S809尾缘改型进行气动噪声计算。结果表明:钝尾缘翼型与原始翼型相比,气动性能得到明显改善,当尾缘厚度为1. 5%c的改型翼型,其升阻比高于其他尾缘厚度的改型翼型升阻比;在不同攻角及不同尾缘厚度分配比下翼型噪声呈现明显的偶极子形状;钝尾缘翼型能够导致气动噪声增加,但其中尾缘厚度为1. 5%c,尾缘分配比为1∶3的钝尾缘翼型气动噪声增加较小。     

低马赫数射流噪声的数值计算研究

针对抗性消声器中扩张结构和尾管引起的射流噪声问题,建立了低马赫数射流噪声有限元分析模型.基于双方程k-ε紊流模型理论对射流速度场进行了计算,发现喷射流的势核周围形成一段湍化程度极高的气流.采用Lighthill-Curle声学理论预测了射流噪声,并通过试验对比验证了模型和数值计算方法的正确性.研究表明,喷射噪声主要集中在势核周围,说明势核是引起射流噪声的主要原因.通过对指向性的研究表明,低马赫数射流最大噪声主要分布范围为15°～60°.     

基于试验的压气机气动噪声特性分析

对船舶柴油机大流量、高压比涡轮增压器压气机的气动噪声特性进行分析,借助自循环试验台进行了多工况的气动噪声特性及噪声控制后特性变化研究,结果表明:压气机气动噪声主要由叶片通过频率(BPF)发生的叶片谐次噪声与"电锯"(buzz saw)噪声组成,低转速区域没有明显的叶顶间隙(TCN)噪声出现;压气机进口气动噪声声压级随着转速增大而逐渐增大,同转速下压比越大噪声声压级越高,且气动噪声在进口反射之后呈现不规则传播状态而非球面波推进.在此基础上,安装设计的进气消声器对气动噪声进行控制,通过与敞口测试对比分析消声器对气动噪声特性的影响,结果表明:安装消声器后压气机进口噪声得到了较好的控制,消声器可以在较宽频率范围内抑制BPF噪声,且可使压气机气动噪声辐射声压分布更加均匀.     

Numerical simulation of novel axial impeller patterns to compress water vapor as refrigerant

Through means of 3-D CFD (Computational Fluid Dynamics) method, a novel axial compressor with different impeller shapes compressing water vapor as refrigerant was investigated. The numerical simulation focuses on the fluid flow from compressor impeller inlet to outlet. The overall performance level and range are predicted. Different blade patterns with different hub sizes were compared regarding the aerodynamic performance. Independent of the blade pattern, in this numerical investigation the largest hub diameter shows the highest pressure ratio and efficiency at narrowest operating range.     

压气机分层优化气动设计体系研究

基于压气机分层次气动优化设计思想,结合了优化算法、CFD(计算流体力学)技术与压气机气动设计程序,利用商业软件,建立了压气机气动优化设计平台,将气动优化设计思想融入到了压气机气动设计多个阶段,以实现压气机气动设计使性能最优化的目的.应用商业通用优化平台进行了轴流压气机一维、S2反问题气动优化设计,并采用NUMECA提供的全三维优化设计平台对压气机进行了全三维气动优化设计.计算结果表明:分层气动优化设计是提高压气机气动性能的有效手段,先进的优化算法在气动设计的各阶段都能够比传统设计手段更大限度地实现压气机性能的最优化.     

迷宫密封转子动特性三维CFD数值的研究

1引言旋转机械转子系统中的非接触密封在阻止流体泄漏的同时,还会产生重要的流体激振力,影响转子振动稳定性。与动压滑动轴承的油膜类似,密封中流体膜(汽膜、水膜或油膜)动力特性中的交叉刚度k是促使转子做非同步低频涡动的激振力来源,直接阻尼C可以生成对这种低频涡动的抑制力     

振荡翼型气动及其噪声特性的数值研究

针对低雷诺数下翼型的非定常气动噪声特性,采用计算流体力学(CFD)与Lighthill声类比相结合的方法,分别对俯仰、平振以及俯仰与平振耦合运动的翼型进行了分析,通过自定义程序控制翼型的运动规律,并对其流场及诱导的声场特性进行了数值仿真.结果表明:随着折合频率、振幅的增加,翼型表面升力系数的峰值增大,非定常迟滞效应增强;耦合运动的相位差改变了气动力的响应特性;对于振荡翼型激发的噪声,低频下单极子声源占主要地位;随着声源频率的增大,远场声压指向性逐渐体现出偶极子声源的特性.     

Analysis of tonal noise generating mechanisms in low-speed axial-flow fans

The present paper reports a comparison of experimental SPL spectral data related to the tonal noise generated by axial-flow fans. A nine blade rotor has been operated at free discharge conditions and in four geometrical configurations in which different kinds of tonal noise generating mechanisms are present: large-scale inlet turbulent structures, tip-gap flow, turbulent wakes, and rotor-stator interaction. The measurements have been taken in a hemi-anechoic chamber at constant rotational speed and, in order to vary the acoustic source strength, during low angular acceleration, linear speed ramps. In order to avoid erroneous quantitative evaluations if the acoustic propagation effects are not considered, the acoustic response functions of the different test configurations have been computed by means of the spectral decomposition method. Then, the properties of the tonal noise generating mechanisms have been studied. To this aim, the constant-Strouhal number SPL, obtained by means of measurements taken during the speed ramps, have been compared with the propagation function. Finally, the analysis of the phase of the acoustic pressure has allowed to distinguish between random and deterministic tonal noise generating mechanisms and to collect information about the presence of important propagation effects.     

透平叶片的气动优化设计系统

发展了一个叶轮机械叶片全三维粘性杂交问题的气动优化设计系统。该系统包括分析技术与组合优化技术的耦合：前者基于高精度、鲁棒型的数值分析方法，已成功地用于蒸汽透平叶片的流动分析．并经详细考核已将其纳入到了实际的叶片气动设计体系；后者基于优秀的iSIGHT商用优化平台．通过对多种优化方法的集成从而发展了组合的叶片全三维气动优化策略。数值结果与试验数据的比较表明了这一气动优化设计系统真正纳入到工业设计体系是完全可能的。     

车用涡轮增压器压气机叶轮强度计算与分析

通过对车用增压器压气机叶轮内应力特点的分析,确定了叶轮强度的计算方法,介绍了利用有限元分析软件对叶轮内部应力进行分析的过程,并就强度分析中的关键步骤和技术难点进行了讨论。通过有限元计算结果分析,找到了车用增压器压气机叶轮应力集中的位置,研究了如何利用几何参数的修改来减小集中应力。计算并讨论了叶片气动载荷和温度场对压气机叶轮应力的影响,建立了车用增压器压气机叶轮强度分析的过程和方法。     

船舶汽轮机蒸汽管路流动噪声源的声类比计算研究

针对某船舶动力系统蒸汽调节管路在不同阀门启闭状态下的流动噪声源空间分布,开展了详细的计算气动声学数值研究工作。采用剪切应力输运湍流模型(SST,shear stress transport)获取了管内复杂三维蒸汽流场分布;结合Curle声类比模型和Proudman声类比模型分别计算得到管路壁面偶极子噪声源和管内流体域四极子噪声源分布特性。研究结果表明：相比于阀门关闭状态下的一进一出“T型”和“Z型”管路,阀门开启后的两进一出“h型”管路内流动噪声源强度上升明显;偶极子噪声源主要分布在管路汇聚处与出口弯管区域壁面,与此区域流体剪切应力相关;由于出口弯管直径突然变小,且流体流向发生变化,导致此处管内流场湍流度较高,故而产生了较为强烈的四极子噪声源。     

Performance improvements of a subsonic axial-flow compressor by means of a non-axisymmetric stator hub end-wall

This paper deals with the application of a non-axisyrmnetric hub end-wall on the stator of a single stage high subsonic axial-flow compressor. In order to obtain a state-of-the-art stator non-axisymmetric hub end-wall con- figuration fulfilling the requirements for higher efficiency and total pressure ratio, an automated multi-objective optimizer was used, in conjunction with 3D-RANS-flow simulations. For the purpose of quantifying the effect of the optimal stator non axis-symmetric hub contouring on the compressor performance and its effects on the sub- sonic axial-flow compressor stator end-wall flow field structure, the coupled flow of the compressor stage with the baseline, axisymmetric and the non-axisynunetric stator hub end-wall was simulated with a state-of-the- art multi-block flow 3D CFD solver. Based on the CFD simulations, the optimal compressor hub end-wall con- figuration is expected to increase the peak efficiency by approximately 2.04 points and a slight increase of the to- tal pressure ratio. Detailed analyses of the numerical flow visualization at the hub have uncovered the different hub flow topologies between the cases with axisymmetric and non-axisymmetric hub end-walls. It was found that that the primary performance enhancement afforded by the non-axisymmelric hub end-wall is a result of the end-wall flow structure modification. Compared to the smooth wall case, the non-axisymmetric hub end-wall can reduce the formation and development of in-passage secondary flow by aerodynamic loading redistribution.