復雜結構腔體氣動聲學特性研究.pdf

1、近十幾年以來,有關空腔方面的研究已成為空氣動力學界的一個研究熱點,大多數研究工作局限于跨音速或超音速等氣流條件下,簡單腔體的氣動聲學特性研究,而在普通的工程實踐中,氣流速度通常小于聲速,并且腔體結構比簡單空腔更為復雜。在較低氣流速度下,復雜結構腔體氣動聲學特性的研究更具有廣泛的實用價值。盡管目前國內外關于氣流流過簡單空腔所引發(fā)的邊界層分離、氣動噪聲、壓縮波一剪切層相互干擾等一系列復雜問題的研究工作和發(fā)表的成果較多,但是關于復雜結構腔體方

2、面的研究比較少見,公開發(fā)表成果也較少。
　　 本文以插入管型消聲器和油液分離器模型兩種常見復雜結構腔體為研究對象,采用實驗測試、理論分析和有限元數值分析相結合的研究手段,對該兩種復雜結構腔體的氣動聲學特性進行了較為詳盡的研究,并對其峰值頻率進行了預測,最后總結出復雜結構腔體氣動聲學特性研究的一般方法。本文主要的研究工作包括:
　　 1、研制了以低壓低速開放式消聲風洞為氣流源的復雜結構腔體氣動聲學特性測試實驗臺。分析了流動

3、、尾管、腔體、以及腔體內部流-聲反饋機制等因素的影響。
　　 2、研究發(fā)現(xiàn):插入管型消聲器的主要氣動聲學特性包含三類哨音。第一類哨音同時出現(xiàn)在消聲器內部和外部,與尾管聲學模態(tài)關系密切；第二類哨音在小長徑比消聲器內外部均未出現(xiàn),而出現(xiàn)在中長徑比消聲器內部和外部,且僅出現(xiàn)在大長徑比消聲器的內部,與腔體聲學模態(tài)密切相關；第三類哨音在中、小長徑比消聲器內部出現(xiàn),而未出現(xiàn)在大長徑比消聲器內部和外部,與腔體內部流-聲反饋機制關系密切。

4、>　　 3、分別采用一維平面波分析法、聲傳遞矩陣法和二維理論分析法推導出插入管型消聲器穿透損失的計算公式,并對各種方法進行了比較。同時研究表明,采用一維平面波分析法和三維有限元數值分析法預測第一類和第二類哨音的峰值頻率是有效的和準確的。
　　 4、研究發(fā)現(xiàn):油液分離器模型的主要氣動聲學特性包含兩類哨音。第一類哨音同時在其內部和外部,與腔體的聲學模態(tài)關系密切；第二類哨音僅出現(xiàn)在其外部,與尾管聲學模態(tài)密切相關。
　　 5、

5、油液分離器模型氣動聲學特性的分析方法目前僅限于一維平面波分析法和三維有限元數值分析法,而聲傳遞矩陣法和二維理論分析法暫時無法使用。同時研究表明,采用一維平面波分析法和有限元數值分析法預測第一類哨音的峰值頻率是有效的和準確的；對于第二類哨音峰值頻率的預測,僅有一維平面波分析法是有效的和準確的,而有限元數值分析法是不適用的。
　　 6、將原本應用于簡單空腔的修正Rossiter公式進行再次修正后應用于復雜結構腔體氣動聲學特性的研究。