射流锯齿形尾缘喷嘴射流增混和降噪机理

摘要：喷嘴的射流噪声不足是目前空气动力学和气动声学领域的一个探讨热点。锯齿形尾缘结构具有加工简单、降噪能力显著等优点，是已经运用于航空发动机尾喷管上的被动制约降噪技术，具有重大的探讨作用。本论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探讨。渗透度和齿数为本论文探讨的主要参数，为捕捉速度剪切层的变化，分别探讨了射流的涡量场、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浅析。探讨了锯齿形尾缘结构是如何通过转变流场结构以而影响声音向远场的辐射。以下是本论文的主要探讨工作：（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浅析射流流动的主要参数，可以有针对性地探讨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。比较了计算和实验结果，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）利用技术测量了锯齿形尾缘喷嘴和圆锥形喷嘴的射流流场。浅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，浅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）利用实验和数值浅析得到的流场结果和实验测得的声场结果，以气动声学论述为基础，详细地浅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。关键词：锯齿形尾缘喷嘴论文射流论文论文数值模拟论文气动声学论文

摘要5-7

ABSTRACT7-11

第一章 绪论11-20

1.1 课题作用及背景11-12

1.2 探讨近况12-19

1.2.1 锯齿形尾缘喷嘴射流非定常流动探讨12-15

1.2.2 锯齿形尾缘喷嘴射流的数值探讨15-17

1.2.3 锯齿形尾缘喷嘴射流的噪声探讨17-19

1.3 本论文的主要探讨工作19-20

第二章 锯齿形尾缘喷嘴实验装置及探讨策略20-36

2.1 喷嘴设计20-22

2.1.1 锯齿形尾缘喷嘴参数定义20-21

2.1.2 喷嘴外形设计21-22

2.2 实验装置和测试策略22-30

2.2.1 流动和声学测量22-24

2.2.2 低速消声风洞24-25

2.2.3 测试锯齿形尾缘喷嘴射流流场25-27

2.2.4 声学测量设备27-28

2.2.5 实验相关辅助设备28-30

2.3 数值计算策略30-35

2.3.1 数值计算的基本论述30-32

2.3.2 网格划分及计算设置32-35

2.4 本章小结35-36

第三章 锯齿形尾缘喷嘴的射流流场浅析36-56

3.1 锯齿形尾缘喷嘴射流速度流场浅析36-43

3.1.1 轴线速度衰减分布36-39

3.1.2 径向位置速度场分布39-43

3.2 锯齿形尾缘喷嘴射流场湍流度浅析43-48

3.3 射流速度流场的数值浅析48-55

3.3.1 轴线速度衰减49-51

3.3.2 锯齿形尾缘喷嘴射流涡量场浅析51-53

3.3.3 轴向位置速度沿径向分布53-55

3.4 本章小结55-56

第四章 锯齿形尾缘喷嘴噪声及其与流动关联浅析56-76

4.1 锯齿形尾缘喷嘴的噪声频谱浅析57-60

4.2 锯齿形尾缘喷嘴的近场声压及湍动能分布云图关联浅析60-71

4.3 锯齿形尾缘喷嘴的指向性分布71-74

4.4 本章小结74-76

第五章 结论与展望76-78

5.1 结论76-77

5.2 展望77-78