螺旋桨无空泡噪声的研究

文中建立了一套时域范围内螺旋桨无空泡噪声的预报方法：将基于速度势的非定常面元法计算的螺旋桨表面压力分布作为无空泡噪声计算的输入量,采用声学FW-H方程的Farassat公式获得声压的时间历程,再通过离散傅里叶变换得出噪声的频谱图.通过对计算结果的比较和分析,得出螺旋桨在无空泡状态下,厚度噪声要比载荷噪声小得多,可忽略不计.载荷噪声和厚度噪声具有明显的指向性,载荷噪声声压级在桨轴方向最大,在桨盘面方向最小.     

潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算

采用计算流体力学与声学边界元方法相结合求解了潜艇尾部大侧斜螺旋桨的直接辐射噪声.与一般螺旋桨噪声计算不同的是,螺旋桨非定常计算时引入了潜艇尾部桨盘面的速度分布作为非均匀来流,能够提供更加真实的螺旋桨脉动压力源场.提取桨叶表面的声偶极源项后,采用边界元方法,求解FW-H方程,得到了螺旋桨空间测点的声压谱和总声级.桨盘面速度分布由全附体潜艇粘性流场数值计算得到,其可信性由艇体表面的压力系数与试验值的比较给予了验证.螺旋桨数值模型的可信性由敞水特性预报值与试验值的比较进行了验证.     

基于面元法及模型试验的船舶螺旋桨噪声预报方法

对某船螺旋桨噪声进行了预报.高频噪声预报采用模型试验方法进行.在国家重点试验室大型循环水槽中完成了桨模高频噪声的测量,测试结果经量纲一的量方法换算至实船.采用面元法计算非定常力,通过力与声级的关系换算出低频离散谱噪声.求解出螺旋桨随机连续性力.然后换算出低频连续谱噪声.从预报结果总结出螺旋桨噪声随频率的变化规律以及速度对噪声的影响.     

水中含气量对螺旋桨空泡噪声影响的试验研究

为了研究水中含气量对螺旋桨空泡噪声的影响,在大型循环水槽中对某一高速双桨船模型的螺旋桨模型辐射噪声进行了测试.试验中进行了同一含气量下,不同船速时螺旋桨模型的辐射噪声的测量以及给定速度下,不同含气量情况下螺旋桨模型辐射噪声测量.测试结果表明:同一含气量,模拟实船不同航速工况时,噪声的总声级随着航速增加逐步增加;模拟实船某一航速工况,水中不同含气量时,测量得到的噪声总声级随含气量的增加而下降.     

高速列车低噪声设计中的部件声学指标分解方法

提出了一种基于整车噪声仿真分析的部件声学指标分解方法；将高速列车的部件声学指标按类型分为声源指标和路径指标2种主要形式，分别基于声线法和统计能量分析方法建立了高速列车的车外噪声预测模型和车内噪声预测模型，通过选定的初始参数作为计算输入，预测车外、车内噪声，并与车辆顶层声学指标进行差异化对比分析；基于声源贡献、路径贡献与参数灵敏度分析，考虑多目标优化，确定了声源部件和路径部件的声学指标。研究结果表明:噪声源的指标分解，基于整车车外噪声仿真分析，当车外噪声预测结果满足声学设计目标且设计裕量在可接受范围之内时，此时的声源参数输入即可作为一组声源指标分解结果；对于传声路径的指标分解，基于整车车内噪声仿真分析，当车内噪声满足声学设计目标且设计裕量在可接受范围之内时，此时的路径参数输入即可作为一组路径指标分解结果；当声源指标或路径指标不满足整车噪声要求时，则需要进行声源或路径的贡献分析，计算主要贡献声源或路径的参数灵敏度，通过对主要贡献声源或者路径进行修正迭代，使之最终满足声学设计目标；低噪声设计需要不断综合多项指标的反馈，合理地调整部件声学指标，确保声学指标分解满足顶层目标，且具有可行性。      

导管对螺旋桨水动力性能的影响

以面元法为数值计算方法,采用双曲面元以消除面元间的缝隙.分别计算螺旋桨和导管,二者之间的影响通过迭代方法加以考虑.螺旋桨对导管的诱导速度在导管表面周向平均,导管对螺旋桨的诱导速度在螺旋桨盘面处周向平均,从而使导管周围和螺旋桨周围的非定常流动简化为定常流动.应用该方法编制了程序,计算了导管桨的水动力性能,进一步研究了导管的大小、形状、位置等因素对螺旋桨的水动力性能、表面压力分布、叶片环量分布等的影响.     

非均匀流场中螺旋桨水动力及噪声特性预报研究

根据螺旋桨的型值参数,在Fluent前处理器ICEM中建立流场的网格模型,采用计算流体力学（CFD）理论,结合雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程计算了螺旋桨的水动力特性.利用滑移网格技术对非均匀来流下的螺旋桨的水动力进行大涡模拟计算,并结合FW-H噪声模块对螺旋桨的无空泡噪声进行了数值预报.流场预报结果显示,流场的非均匀性导致螺旋桨水动力系数的脉动存在一定的周期性,且整个螺旋桨的水动力系数与单个桨叶之间存在一定的倍数关系;声场结果表明,低频离散噪声远大于高频噪声,噪声衰减速度随频率增大而减小,螺旋桨轴向和径向衰减速度随着距桨盘面中心的距离增大而减小,且轴向声压级低于径向两侧.     

Sound Radiation Analysis of Damping Structure Based on Response Surface Method

The methods of modifying dimension and shape of structure, or covering damping material are effective to reduce structure-borne noise, while these methods are based on the knowledge of qualitative and quantitative relationship between sound radiation and design parameters. In order to decrease the complexity of the problem, response surface method(RSM) was utilized to analyze and optimize the vibro-acoustic properties of the damping structure. A simple case was illustrated to demonstrate the capabilities of the developed procedure. A structure-born noise problem was approximated by a series of polynomials using RSM. Three main performances were considered, i.e. sound radiation power, first order modal frequency and total mass. Consequently, the response surface model not only gives the direction of design modification, it also leads to an optimal design of complex systems.     

高速铁路桥梁全封闭声屏障结构噪声特性

开展了高速铁路桥梁和桥梁-全封闭声屏障典型结构断面的振动和噪声测试,建立了高速铁路桥梁-全封闭声屏障系统结构噪声的快速多极边界元法(FMBEM)数值预测模型,深入分析了板件的车致振动与结构噪声辐射的相关性和时频特性,并以此验证了FMBEM数值预测模型求解结构噪声的准确性;对比分析了有、无全封闭声屏障工况下32 m简支箱形梁桥结构噪声的空间和频域分布特性,并比较了FEBEM与边界元法(BEM)的计算效率。分析结果表明:桥梁-全封闭声屏障系统板件的振动与噪声的频谱分布规律基本一致;受全封闭声屏障隔声作用和梁体遮蔽作用的影响,距箱梁底板表面0.3 m处测得的噪声信号基本反映了底板的结构噪声特性,其余测点则不同程度地受到其他板件或轮轨系统辐射噪声的影响;计算与实测噪声的幅频特性吻合较好,峰值处计算误差在1.5 dB以内;全封闭声屏障的安装导致桥梁板件的振动和结构噪声均减小,也改变了桥梁周围的声场分布特性,桥梁板件表面场点的总声压级降低了0.8 dB,梁体下方地面场点总声压级增大了4.1~9.4 dB;梁体斜上方场点总声压级增大了9.6~18.1 dB,桥梁-全封闭声屏障结构顶部局部区域的结构噪声比无声屏障的桥梁大12.4 dB以上;FMBEM计算耗时为传统BEM的1/3,计算更为高效。      

浅谈声屏障设计与计算的技术关键

声屏障设计与计算技术关键包括:声屏障立柱截面抗弯验算、声屏障立柱与底板焊缝强度验算与声屏障立柱长度计算等六部分。通过杭州湾跨海大桥连接线声屏障设计与计算的实例,能为类似工程提供技术参考。     

高速铁路声屏障插入损失影响因素及规律

为研究声屏障降噪的主要影响因素及规律,基于边界元理论,结合高速列车实测声源识别结果,建立了高速铁路声屏障降噪效果预测模型,研究了包括高速列车不同位置声源、声屏障高度、声屏障截面形状和吸声边界条件对插入损失的影响,并在此基础上提出了对现役声屏障结构的改进方案.研究结果表明,列车声源高度对声屏障插入损失有重要影响,现有2.15 m高声屏障只对车体下方噪声有降噪效果;随着声屏障高度增加,插入损失逐渐增大,声屏障高于6.15 m时,插入损失达到25 dB(A)以上;对于不同截面形式的声屏障,降噪效果从优到劣依次为Y型、倾斜型、T型、外折型、直立型和内折型,其中Y型比直立型插入损失高0.7~1.5 dB(A);对于任一类型声屏障,吸声引起的具体降噪效果与声屏障形式有关,有吸声边界条件的降噪效果要优于"刚性光滑"边界条件,前者与后者相比,其插入损失可提高0.3~6.4 dB(A).      

城市轨道交通桥梁-声屏障系统结构噪声特性与预测

针对列车通过城市轨道交通高架时引起的桥梁-声屏障系统结构噪声问题，在某市域铁路箱梁段分别选取无声屏障和直立式声屏障地段，开展噪声现场测试；通过对比无声屏障和直立式声屏障地段的测试结果，分析了箱梁-声屏障系统结构噪声的频谱特性；基于有限元-边界元法，建立了箱梁-声屏障系统振动声辐射数值计算模型，研究了箱梁-声屏障系统结构噪声的空间分布规律，探讨了车速和声屏障高度对箱梁-声屏障系统结构噪声的影响。研究结果表明:当列车以约93 km·h-1的速度通过时，直立式声屏障对高频轮轨噪声起到了很好的降噪作用，但会使低频结构噪声增大；声屏障结构噪声的影响主要集中于160 Hz以下的低频段，箱梁-声屏障系统结构噪声的峰值出现在63 Hz左右；箱梁-声屏障系统结构噪声呈现出近场随距离衰减较快，远场随距离衰减越来越慢的趋势，箱梁正上方和正下方的结构噪声均超过96 dB，距离桥梁中心线120 m处的结构噪声衰减至72 dB；声屏障结构噪声对于梁侧声场的影响较大，与无声屏障地段相比，设置了高度为3.15 m的直立式声屏障之后，梁侧结构噪声增大了2~5 dB；当车速由93 km·h-1增大到120 km·h-1时，箱梁-声屏障系统结构噪声辐射在梁侧最大增加7 dB以上；当声屏障高度由3.15 m增大至6.3 m时，箱梁-声屏障系统结构噪声辐射在梁侧最大增加3 dB以上。      

Numerical study for turbulent flow of drag and flow noise with wavy wall

In this paper, a numerical simulation of flow-induced noise by the low Mach number turbulent flow with a sinusoidal wavy wall was presented based on the unsteady incompressible Navier-Stokes equations and Lighthill’s acoustic analogy. Large eddy simulation (LES) was used to investigate the space-time flow field and the Smagorinsky sub-grid scale (SGS) model was introduced for turbulence model. Using Lighthill’s acoustics analogy, the flow field simulated by LES was taken as near-field sound sources and radiated sound from turbulent flow was computed by the Curle’s integral formulation under the low Mach number approximation. Both spanwise wavy wall and streamwise wavy wall with various wall wave amplitudes were discussed to investigate their effects on reducing the drag and flow noise. The relationship between flow noise and drag on the wavy wall is also studied.     

超高层建筑气动噪声场的大涡模拟

为揭示超高层建筑气动噪声产生的机理及空间分布特征,利用大涡模拟,在大气边界层内求解超高层建筑绕流场,结合FW-H （Ffowcs Williams-Hawkings）方程的声类比法进行了超高层建筑周围声压场的数值模拟. 研究发现:超高层建筑每个面均是偶极子声源,气动噪声是由建筑表面的偶极子声源产生,且受建筑表面风压主导,顺流向和横风向的脉动压力分别主导相应方向的声场辐射强度; 气动噪声沿高度方向先增大后减小,在0.7倍建筑高度附近噪声达到最大值; 在相同高度和离建筑表面相同距离的不同空间点,当空间点面对建筑迎风面时总声压级最大、背风面次之,侧风面最小; 随着空间点与建筑距离的增大,空间点总声压级快速衰减,且横风向较顺风向衰减更快. 研究认为:大涡模拟和声类比相结合的方法能合理预测超高层建筑的气动噪声;优化气动外形,降低建筑表面风压是降噪的最有效途径.      

高速列车对站房振动噪声影响的试验研究

为研究列车通行对综合交通枢纽振动噪声的影响,以成渝高铁沙坪坝站为工程背景,通过现场试验实测了站房候车厅、站台、轨道板的振动加速度以及候车厅、站台区域、轨行区的辐射声压. 通过对实测信号分别进行了时域分析和1/3倍频程分析,探究了列车作用下站房的振动传递规律及噪声辐射特性. 结果表明:在列车运行荷载作用下,站房与站台的结构振动优势频段为10.0～80.0 Hz,振动随振源距离的增大而减小,站台到候车厅总振级衰减最大值达到13.5 dB;轨道板峰值振动加速度级出现在400.0 Hz处,约为101.0 dB;对候车厅而言,噪声声压级的优势频段为20.0～2 500.0 Hz,列车进站总声压级比列车出站高0.5～1.3 dB（A）;对站台而言,噪声的优势频段为125.0～1 000.0 Hz,列车出站总声压级为86.3 dB（A）,比列车进站时高1.3 dB（A）;对轮轨噪声自身,其优势频段为200.0～2 500.0 Hz,列车进站噪声总声压级为91.1 dB（A）,较列车出站时高3.2 dB（A）.      

地铁车辆辅助变流器的气动噪声研究

为了解决地铁车辆辅助变流器噪声超标1.5 dB（A）的问题,基于数值模拟和噪声测试相结合的方法,对辅助变流器的气动噪声特性进行了分析. 首先通过大涡模拟计算辅助变流器的气动噪声源,然后基于声类比法计算气动噪声源在流道和外部空间的声传播,最后分析风机与流道的涡流和噪声分布云图,对比各测点声压级频谱仿真和试验结果的变化趋势. 研究结果表明:在距离出风口0.4 m处仿真和试验的峰值频率均为290 Hz,量值仅相差5%,说明仿真方法正确可行;风机进口速度不均匀度过大、风机叶片涡流过多是导致风机噪声过大的原因;通过在风机进口增加方形整流网,改善了风机进口速度不均匀度,减少了风机叶片涡流,实现相同测点总声压级降低2.5 dB（A）.      

高速铁路半封闭式声屏障降噪效果测试与分析

当前半封闭式声屏障逐渐在高速铁路工程中得到了应用,但其在运营状态下的实际降噪效果研究还极其有限.为此,以沪昆客专杭长段半封闭式声屏障为工程背景,分别在声屏障内、外表面,以及封闭侧和敞开侧不同距离处布置测点,监测高速列车通过时的噪声,并对场点的声压级频谱、声场分布、衰减规律、隔声量和插入损失等声学特性进行讨论.结果表明:多重反射造成的混响效应使得半封闭式声屏障内表面的噪声有所增大;距封闭侧线路中心7.5 m处,高位测点比低位测点声压级大,而其他位置不同高度测点在垂向的指向性不明显.半封闭式声屏障的隔声量随频率增加而增大,在1 000 Hz处最大约26 dB;距轨道中心线7.5 m和25 m处的插入损失均值为16.5 dB（A）和15.5 dB（A）.      

高速列车转向架区域气动噪声源的特征识别

为了创建高速列车气动噪声源识别方法，以气动声学基本波动方程为基础，将高速列车气动声源等效为无数微球形声源组成，利用声辐射和流场物理量之间的关系，并结合高速列车气动数值仿真技术，建立了高速列车偶极子声源和四极子声源的识别方法，从全新的角度对某高速列车头车气动噪声源进行识别；基于涡声方程声源项特征，进一步揭示了偶极子声源和流场流动的关系.研究结果明确了高速列车主要偶极子和四极子声源的强弱和分布特征，表明了气流的直接撞击和分离现象是产生声源的主要原因，头车及转向架区域气动噪声源以偶极子声源为主；偶极子声源强度较大位置出现在边沿较为尖锐的地方，在绝大多数情况下流体经过时涡量急剧增加，成为其形成强声源的主要原因.     

高速列车噪声源声功率与速度的函数关系

为了解决既有对数经验公式无法拟合高速列车显著声源贡献率与速度的函数关系这一问题,使用轮辐声阵列进行高速列车车外声源识别试验;根据显著声源位置对列车表面进行区域划分,量化分析显著声源区域的声功率级和声功率贡献率与速度之间的关系;在既有对数经验公式的基础上,根据不同种类噪声声功率随速度的变化特性,建立新的拟合公式;结合列车噪声测试数据对新的拟合公式进行验证. 研究结果表明:列车以350 km/h运行时,下部区域对列车总辐射噪声的贡献率占70%以上,升弓区域对局部区域声功率的影响最显著,超过50%;随着速度的增长,下部区域的贡献率逐渐减小,弓网区域逐渐增大,显著声源区域的贡献率变化先快后慢,最后趋于稳定;利用新的拟合方法得出,列车声源区域的声功率级和声功率贡献率与速度的拟合度基本都在0.9以上.      

高速列车受电弓气动噪声特性分析

为研究高速列车受电弓气动噪声源分布及频谱特性,利用计算流体力学原理对高速列车受电弓流场进行计算,获得了受电弓表面脉动压力;在此基础上,利用FW-H方程计算高速列车受电弓远场气动噪声.计算结果表明:高速列车受电弓远场气动噪声具有较为明显的指向性,其指向性基本上不受列车速度的影响;远场监测点总声压及在10~20附近达到最大.受电弓气动噪声的总声压级随着列车速度的增加而显著增大;受电弓远场气动噪声具有明显的主频,且随着列车速度的增加,远场气动噪声的主频也增大;受电弓顶部横梁是引起受电弓气动噪声的主要因素.