空腔噪声非线性数值模拟

将雷诺平均N-S方程与非线性噪声求解方法相结合,对M219空腔在Ma=0.6,Ma=0.85,Ma=1.35条件下进行了气动噪声分析。通过雷诺平均N-S方程求解空腔流场,得到包含空腔平均流场基本特征以及强制设定的湍流脉动统计描述的初始湍流统计平均解,采用非线性噪声求解方法重构噪声源并高精度模拟压力脉动的传播。通过与试验结果对比表明非线性噪声求解方法能够较好地捕捉空腔流动中的压强脉动及噪声水平。与分离涡模拟方法相比,非线性噪声求解方法在保持计算精度的同时大大减少计算网格,对内埋弹舱快速设计具有一定的参考意义。     

固体火箭发动机声涡耦合数值仿真

研究固体火箭发动机工作中发生的声涡耦合导致的不稳定燃烧,以及燃烧室空腔变化对压力振荡的影响。对VKI缩比发动机流场采用大涡模拟(LES)方法进行数值模拟,确定数值方法可行。采用有限元和大涡模拟结合的方法,对某固体火箭发动机声涡耦合进行仿真分析,对声场分别采用理论方法和有限元数值方法对声模态和声学特性计算,确定有限元方法精度可靠及大涡模拟方法对流场旋涡流动不稳定捕捉准确,计算结果和试验中压力振荡结果相符。表明研究的该固体火箭发动机发生了声涡耦合引起的纵向1阶声不稳定,且获得了自由容积对压力振荡频率及幅值的影响规律。     

开式方腔可压缩流动及噪声LES计算分析

采用基于低色散、低耗散计算气动声学方法的LES技术计算分析了Mach 1.4和Mach 0.6三维开式方腔可压缩振荡流动及其诱导的强噪声环境.通过与已有实验和数值结果对比,证实了本文开发的LES计算程序的可靠性.深入分析LES空腔流计算结果,表明超声速来流条件下剪切层大尺度涡结构与空腔后缘撞击形成了声-流耦合自持振荡的...     

采用钢丝加强的气囊式声学覆盖层的减振降噪效果

为降低加肋圆柱壳受内部力激励时的振动与辐射噪声,在其外表面整体敷设了气囊式声学覆盖层。气囊式声学覆盖层由内外层橡胶蒙皮与内部充入的气体组成,并在外层蒙皮中嵌入环形或螺旋形钢丝。在此基础上,将外层蒙皮简化为一维无限长障板,采用理论方法研究了该障板的声传播特性,并采用附加质量与附加阻尼的有限元耦合边界元算法计算了敷设气囊式声学覆盖层的加肋圆柱壳的水下振动与辐射噪声,结果表明:采用钢丝加强的气囊式声学覆盖层可以有效降低加肋圆柱壳的振动与辐射噪声。静力学计算表明:增加钢丝的数量和钢丝直径可以更有效地增加外层蒙皮的刚度。     

小钝头锥体全目标流场与光电特性一体化数值模拟

从简化的或全ＮＳ方程出发,采用化学非平衡和热辐射非平衡模型,数值模拟了有烧蚀产物引射条件下小钝头锥体全目标流场与光电特性,旨在为防护设计提供气动物理环境数据。计算结果表明,本文流场模拟数据与实验数据基本吻合,壁面烧蚀产物引射和壁面催化特性对流场电子数密度均有量级影响。     

加权紧致非线性格式在热化学非平衡流数值模拟中的应用

高精度格式因其在较低的计算资源消耗下仍能保持足够的精度而在精细流动结构的模拟中具有独特优势。将显式5阶加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)引入二维高温非平衡流计算,进行自由流速度5.0~5.7 km/s的高焓风洞和高空条件下的圆柱非平衡流场数值模拟,得到正确的流场参数分布、壁面压力和壁面热流等结果与实验值吻合较好。计算结果表明,WCNS-E-5格式较2阶的MUSCL格式具有更好的热流网格收敛特性。分析并针对算例条件初步解决了高阶格式在刚性化学反应流模拟中的鲁棒性问题,为进一步采用高阶格式开展流场结构更加复杂的热化学非平衡流数值研究奠定了良好基础。     

WCNS格式在热化学非平衡流数值模拟中的应用研究

高精度格式因其在较低的计算资源消耗下仍能保持足够的精度而在精细流动结构的模拟中具有独特优势。首次将显式5阶加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)引入二维高温非平衡流计算。进行了自由流速度5.0~5.7km/s的高焓风洞和高空条件下的圆柱非平衡流场数值模拟,得到了正确的流场参数分布,壁面压力和壁面热流等结果与实验值吻合较好。计算结果表明WCNS-E-5格式较2阶的MUSCL格式具有更好的热流网格收敛特性。分析并针对算例条件初步解决了高阶格式在刚性化学反应流模拟中的鲁棒性问题,为进一步采用高阶格式开展流场结构更加复杂的热化学非平衡流数值研究奠定了良好基础。     

超音速子母弹时序抛撒分离干扰特性

为分析在时序抛撒方式下子母弹多体干扰流场特性及其对各舱段弹体气动特性的影响,基于流体控制方程与六自由度刚体运动方程,结合非结构动网格技术,分别对两种时序抛撒方式及后舱子弹单独抛撒方式下的子母弹三维非定常分离流场进行数值模拟,得到不同抛撒时序下的分离流场特性及其气动干扰特性,揭示各舱段子弹在不同分离阶段的气动干扰相互作用过程。研究结果表明:在时序抛撒分离过程中各弹体间激波不断地交错干扰,增加了流场结构的复杂性;前舱子弹的激波干扰使得后舱段子弹气动分离参数较低,分离效率较慢,尤其在短时序间隔下,后舱弹体受前舱子弹干扰较为严重,弹体的安全分离受到影响。     

二维水翼空化流动的数值模拟

基于RANS方程,结合不同湍流模型与空化模型对粘性流中二维NACA66012模型水翼附近流场进行数值计算与模拟.计算得到固定攻角、固定来流速度时升力系数和阻力系数随空化数的变化规律以及固定空化数时升力系数随攻角的变化规律,并对相应流场进行分析.在二维水翼空化流动的准稳态模拟中,重点对比分析了不同湍流模型、空化模型对空化流动模拟结果的影响,并将计算结果与实验数据进行比较.研究结果表明,在二维水翼附近空化流动的数值模拟中,采用k-ω湍流模型和均相流空化模型计算得到的结果与实验数据吻合较好.最后,采用分离涡模型对不稳定的空化流动进行了瞬态模拟,并得到空化流动的变化规律.     

高超声速过渡区气动热的DSMC数值模拟研究

气动热是制约高超声速飞行器设计的主要因素之一,当飞行高度大于40 km时流场中存在局部过渡区流动特性,基于分子动力学的DSMC方法是解决高超声速过渡区气动热计算的有效途径之一。针对高超声速飞行器的典型球锥外形,采用DSMC方法开展了过渡区流动气动热特性研究,分析了当流场具有过渡区流动特性时,飞行马赫数和飞行高度对气动热的影响规律,并与Fay-Riddell驻点热流的工程算法作了对比分析。计算结果表明,DSMC方法在高超声速过渡区流动气动热计算中可以得到较好的结果,适用于高超声速过渡区流场气动热的计算与分析。     

含新型间断探测器的混合WCNS格式在间断无粘可压流的应用

为了让高精度数值格式在含间断和小尺度涡等复杂结构的超声速无粘可压缩流动情况下,仍能鲁棒地捕捉激波并快速得到流场高保真的模拟结果,研究了以子模板导数组合为基础的光滑度量算法,构造了精度与鲁棒性兼顾的新型间断探测器,使间断识别对小尺度涡也具有高分辨率;研究了混合加权紧致非线性格式(weighted compact nonlinear scheme, WCNS)方法,对流场中的光滑与间断区域分别使用线性与非线性加权格式求解,从而克服单一非线性格式在光滑区分辨率难以达到设计精度的问题。数值实验表明,使用新型间断探测器的混合WCNS格式对一维、二维Euler方程模拟结果良好,并且相比于在全流场使用局部特征分解的原始WCNS方法有计算效率的提高。     

抑制潜艇螺旋桨旋转噪声的消涡整流新方法研究

潜艇螺旋桨工作在非均匀的潜艇尾流中,潜艇尾流的不均匀性直接与螺旋桨的旋转噪声相关。在分析潜艇主附体结合部马蹄涡对潜艇尾流不均匀性影响的基础上,设计了消涡整流片以削弱马蹄涡强度。结合数值计算方法计算了消涡整流片作用下的潜艇模型的流场和螺旋桨的旋转噪声。结果表明:消涡整流片可以较好地降低潜艇尾流的周向不均匀性、控制潜艇螺旋桨非定常力的变化幅度,并抑制螺旋桨的旋转噪声。在消涡整流片的作用下,螺旋桨所对应的1阶叶频声源级噪声值下降约4dB。     

潜艇内置隔板流体特性

为了探究隔板对隔舱特性的影响,以带流水孔潜艇内置隔板为研究对象,对潜艇内置隔舱设置不同的隔板数目,基于大涡模拟(LES)方法进行三维仿真模型进行数值模拟,分析内置隔板对潜艇隔舱阻力以及流噪声特性的影响。结果表明,内置隔板与流体的作用直接影响隔舱的整体特性。隔板数越多,隔舱阻力越大,噪声级也越高,并且阻力以及流噪声与来流速度呈正比例关系,这为潜艇内置隔板的设计提供了参考。     

水面舰船流噪声基本声场的数值研究

流诱发的噪声主要由流场中的非定常性引起,这种非定常性包括各种尺度的旋涡及湍流引发的脉动.由于流致发声的复杂性,经典声学中一些较为成熟的数值分析方法在解决一个具体的实际工程问题时常常显得不够,CFD技术的发展使得用数值方法处理流致发声问题成为可能.VOF方法和SSTk-ω两方程湍流模型被用于求解水面舰船三维非定常粘性流场,基于Lighthill声类比理论,对船体绕流场的噪声进行了数值计算,并对流噪声的近、远场特性进行了数值分析.研究表明:对近、远场而言,船艉的声辐射要大于船艏,而船舯即横向的声辐射又显著大于船艏艉即纵向的声辐射.     

剪切来流条件下的涡生振荡机理的数值研究

将指数极坐标系建立在运动的圆柱上,推导了运动坐标中剪切来流条件下,涡生振荡的涡量-流函数守恒方程及其初始和边界条件,圆柱表面的水动力表达式以及圆柱振荡方程。对圆柱从静止开始振荡,到发展为稳定振荡状态进行了计算和讨论,描述了脱体涡街的发展过程,升阻力相图的连续变形和漂移,圆柱振荡和平衡位置的变化过程。并研究了涡生振荡终态随剪切度K的变化。结果表明,剪切来流给流场加入了背景涡,使圆柱的上涡增强而下涡减弱,流场的对称性被破坏。随着剪切度K的增大,涡街的倾斜程度增大,压力曲线的漂移量增大,由此导致升力的绝对值增大,圆柱的振幅增大且平衡位置向圆柱下侧的漂移也越大。     

剪切来流条件下的涡生振荡机理

将指数极坐标系建立在运动的圆柱上,推导了运动坐标中剪切来流条件下,涡生振荡的涡量-流函数守恒方程、其初始和边界条件、圆柱表面的水动力表达式、圆柱振荡方程。对圆柱从静止开始振荡到发展为稳定振荡状态进行了计算和讨论,描述了脱体涡街的发展过程、升阻力相图的连续变形和漂移、圆柱振荡和平衡位置的变化过程。研究了涡生振荡终态随剪切度K的变化。结果表明:剪切来流给流场加入了背景涡,使圆柱的上涡增强、下涡减弱,流场的对称性被破坏。随着剪切度K的增大,涡街的倾斜程度增大,压力曲线的漂移量增大,由此导致升力的绝对值增大,圆柱的振幅增大且平衡位置向圆柱下侧的漂移也增大。     

基于面元法的潜艇螺旋桨低频线谱噪声预报方法

首先,用CFD方法计算得到潜艇尾部非均匀伴流场,并用面元法对非均匀流场中的螺旋桨非定常压力分布进行了计算,将潜艇伴流场的计算结果以及螺旋桨非定常力的计算结果与实验结果进行了比较,结果吻合较好;然后,将计算得到的压力分布时域信号输入到噪声积分方程中,计算出螺旋桨诱导的噪声声压,所得到伪噪声声压级与Seol的噪声声压级吻合很好。结果证明:该方法可真实考虑螺旋桨形状,对噪声源和观测点的距离没有作任何近似,计算速度快,为潜艇螺旋桨的噪声性能快速评估及优化提供了技术支撑。     

稀薄流高超声速飞行器气动加热耦合计算

针对稀薄流域高超声速飞行器的气动加热问题,开展耦合数值计算研究。通过引入牛顿冷却定律,将直接模拟蒙特卡洛数值模拟方法与结构传热计算方法相结合,设计一种可对全机外形进行气动热和结构传热计算的高效松耦合方法,实现飞行器防热层结构材料温度分布特性的数值模拟。在以钝锥外形为例对直接模拟蒙特卡洛数值模拟程序进行验证的基础上,采用该方法对X37B轨道飞行器外形长时加热与结构传热过程进行数值模拟,给出结构温度及热流密度随飞行时间的变化规律。研究结果表明,设计的耦合计算方法能够模拟稀薄流域高超声速飞行器的气动加热及结构传热耦合过程,可为该类飞行器的气动热分析及热防护设计提供技术支持。     

圆柱壳的力辐射模态分析与噪声控制

为了能定量优化设备激振力布置,基于结构有限元耦合流体边界元法给出了力辐射模态的计算方法,分析了圆柱壳结构的力辐射模态特性。根据分析结果提出了对圆柱壳辐射噪声进行控制所需的激振力控制原则,并采用数值预报的方法证实了该原则的有效性。     

随行波表面减阻降噪机理探索

通过对随行波表面特殊流场的数值模拟研究,探讨了随行波表面存在减阻降噪效果的内在机理.针对随行波表面流场的特点,在数值计算过程中对其计算域、计算网络及其流动参数进行了合理化的处理.模拟结果表明随行波表面存在减阻降噪效果的内在机理在于:随行波表面连续的沟槽结构使得壁面附近的流动在波谷处产生了稳定的二次流,即来流在随行波表面引发形成一排平行人工涡,从而使自由来流在平行人工涡上流动,而不与壳体表面接触,起到了类似"滚柱轴承"的作用,从而达到减阻降噪的目的.对随行波表面流场的模拟研究,对深入揭示其潜在减阻降噪机理具有一定的意义.