喷管内壁多孔处理的圆口喷流大涡模拟及噪声分析

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喷流噪声是民航客机的主要噪声源之一,其声压级可以达到150~160dB,对环境造成极大的影响。迄今,喷流噪声的控制主要通过减少喷流湍流中的大尺度结构来实现,其中被动控制技术因不需增加附加流体或动量、易于实施等特点而受到普遍关注。多孔处理作为流动与噪声被动控制的一种有效措施,但目前对于壁面多孔处理技术在喷流噪声控制中的应用尚未见到公开的文献报道。本文主要通过数值计算的方法,以亚音速圆口喷流为研究对象,对喷流噪声的产生机理以及采用壁面多孔处理的控制技术进行了研究。研究内容主要分为两大部分:第一部分,采用大涡模拟方法研究了马赫数M= 0.75,雷诺数Re = 50000的圆口可压缩喷流问题。通过与公开文献中的实验数据比对验证了计算方法的准确性,然后分析了喷流剪切层不稳定性发展的两个主要阶段,着重考察了剪切层中速度与压力的脉动以及它们在空间任意两点上的时空相关系数,并由此分析剪切层中旋涡脉动的迁移特性,为进一步研究与控制喷流的噪声提供基础。第二部分,对亚音速圆口喷管内壁面施加盲孔,使其壁面多孔化,采用大涡模拟结合FW-H方法研究了马赫数M = 0.6时喷管外的非稳态流场与远场噪声。研究结果显示,采用合适的内壁小孔结构对喷管外流场的湍流脉动有一定的削弱作用。时空相关系数的对比表明,内壁小孔结构同时减弱了脉动量各自在时间和空间上的相关性,削弱了大尺度的涡结构。通过对涡强、膨胀率和涡识别的Q准则进行可视化分析,研究了剪切层中涡结构在喷流轴向的产生、发展与演化过程。研究结果表明,内壁小孔结构抑制了涡配对现象,加强了流动掺混,从而加速了剪切层的发展。最终通过对频谱特性的对比分析,证实了本文中1mm小孔结构降噪的可行性。
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