论文摘要
射流噪声是科学研究和工程实践中的常见问题,也是亟待解决的难题。其中,混合是超、亚音速流动中都存在的重要噪声源。另一方面,因为广义拐点的存在,混合是一种典型的无粘不稳定流动,容易失稳转捩呈现湍流流态,其间存在可以被检测的大尺度涡结构,被称为"相干结构"或"拟序结构"。相较于小尺度脉动,相干结构是混合声的主要来源,表现为低频噪声,是一种非线性现象。从流动稳定性的观点看,相干结构与层流中的不稳定波或波包在产生和演化方面都有极高的相似性。在环射流问题中,存在有轴对称模态和螺旋模态,其演化和辐射的机理是不同的。为找到轴对称模态辐射噪声的物理声源,并考虑到流动的非平行性和湍流小尺度脉动的影响,本文采用强非线性临界层理论来刻画轴对称相干结构的非线性演化,进而分析流场近场的动力学性质,这是研究其声辐射的前提。区别于经典声学理论,亚音速气动噪声的声场会对其声源产生反作用,导致其物理声源不能在求解声场之前确定,只能同声场联合求解。本文采用多重尺度方法,利用喷流的近场动力学性质识别其物理声源,并推演其声辐射。这个过程自然地需要考虑声场对声源的反作用。考虑到混合层厚度与临界层位置之比rc-1是一个描述喷流混合的重要无量纲参数,控制着相干结构不同的演化和辐射过程,通过对rx-1的跨量级分析,推导出一套适用于各类射流的演化、辐射理论。计算结果可以清晰地描述流场中低频分量的激发与演化、流场中频谱展宽等现象,这是非线性作用的结果。特别地,本理论可以描述轴对称相干结构的卷起、演化与破碎,这是流场中高阶谐波的激发与演化的结果,是典型的强非线性现象。在声场计算中考察了一些重要因素的影响,其结果能够捕捉到射流低频噪声的指向性特性与频谱分布。需要强调的是,这套理论用来描述轴对称相干结构的演化和辐射,同样可以退化到平面混合湍流中的二维相干结构。换言之,这是一个普遍适用的二维无粘模态或结构的强非线性动力学和声辐射理论。
论文目录
文章来源
类型: 国内会议
作者: 张钟毓,吴雪松
关键词: 亚音速湍射流,相干结构,流动稳定性理论,气动噪声,声场反馈
来源: 中国力学大会（CCTAM 2019） 2019-08-25
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 力学
单位: 天津大学力学系,天津大学机械学院高速空气动力学研究室,Department of Mathematics,Imperial College London
分类号: O354.1
页码: 487-497
总页数: 11
文件大小: 8210k
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