用基于聲類比的邊界元計(jì)算管道風(fēng)扇的管道聲傳播和輻射

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第24卷第3期工程熱物理學(xué)報(bào)JoURNAI-oFENGINEERlNGTHERMOPHYSICSV01．24．No3Mav2003用基于聲類比的邊界元計(jì)算管道風(fēng)扇的管道聲傳播和輻射王同慶楊兵楊志剛(北京航奪航天大學(xué)動(dòng)力系，北京100083摘要本文介紹了用基于聲類比的邊界元計(jì)算管道風(fēng)扇聲場(chǎng)的新方法，將已被成功地應(yīng)用于物體對(duì)外聲場(chǎng)的散射計(jì)算方法推廣應(yīng)用到管道風(fēng)扇的管內(nèi)聲傳播和管口聲輻射問(wèn)題．?dāng)?shù)值結(jié)果表明了模型和方法的正確性及其可以作為管道聲處理降噪效果預(yù)測(cè)的工具。關(guān)鍵詞聲類比；營(yíng)道聲傳播和輻射；降噪

2、中圍分類號(hào)：0357．4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)，0253231x(2003)03_0403_03PREDICTIoNoFSoUNDPRoPAGATIoN／RADIATIoNoFDUCTED．FANBYUSINGBEMBASEDoNACoUSTICANALoGYTHEoRYwANG1陷ng—Qi“gYANGBingYANGzlli—Gang(Propu塒onDept．Beih8ngun】v啪i札Be玎ing100083，∞jna】Abstra“Anewmethodforthesoundpropagatio

3、nandradiationofducted—fanba8edonacousticanalogyisdiscussed，whichisdevelopedfromtheacousticanalogymodelwhichhasbeensuccessfmlyusedtopredictthesound6eldoutof曲emovingbodyThenumericalre吼11tsshowthevalidityofthemodelandthec即abilityforthepredictionofducted—fan

4、noisereduction．Keywordsacoustican胡ogy；soundpropagation／radiationofduct；noisereduction1前言由丁在管道內(nèi)敷設(shè)聲襯是降低旋轉(zhuǎn)葉輪機(jī)械聲源通過(guò)管道向外輻射噪聲的有效手段，因此從五、六十年代起，航空界就開(kāi)始重視發(fā)動(dòng)機(jī)管道聲傳播理論和實(shí)驗(yàn)的研究。模態(tài)匹配法是60一70年代提出的一種工程近似方法，可用于計(jì)算管道中的聲傳播，但端口反射系數(shù)的精確獲得是這種方法的難點(diǎn)所在．用有限元方法可計(jì)算三維流動(dòng)和管道對(duì)聲場(chǎng)產(chǎn)生的影響，但需要較大的內(nèi)

5、存和計(jì)算量。從1996年以來(lái)NAsA蘭利中心發(fā)展了基于Helmholtz方程的邊界元方法計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇管道對(duì)風(fēng)扇聲源入射波產(chǎn)生散射的程序TBIEM3D鄴】，主要針對(duì)軸對(duì)稱無(wú)壁厚均勻流動(dòng)的圓柱管道，管內(nèi)壁可以敷設(shè)聲襯，管外壁是硬壁條件。這個(gè)程序在聲學(xué)設(shè)計(jì)中已被用來(lái)進(jìn)行各種參數(shù)的研究和計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)方法的校核。但這個(gè)程序目前還無(wú)法解決有壁厚、非軸對(duì)稱管道的聲場(chǎng)問(wèn)題。計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)cAA直接用流體力學(xué)的基本方程一歐拉方程或Ns方程來(lái)數(shù)值模擬流場(chǎng)和聲場(chǎng)。由于它的復(fù)雜性和耗資巨大，主要應(yīng)用在聲場(chǎng)與流場(chǎng)相互耦合作用十分

6、嚴(yán)蘑、非線性很強(qiáng)的流場(chǎng)、聲場(chǎng)計(jì)算。本文的管道聲類比模型將用于外聲場(chǎng)計(jì)算的聲類比方法擴(kuò)展到包含內(nèi)外聲場(chǎng)的計(jì)算，該模型可以預(yù)測(cè)有壁厚及內(nèi)壁敷設(shè)多段聲襯的管道聲場(chǎng)，比NAsA蘭利中心的TBIEM3D有更多的優(yōu)點(diǎn)，可作為管道降噪聲處理設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)工具。2物理模型為了研究方便，對(duì)管道模型作了基本假設(shè)收稿日期：2002-“一28；修訂日期t2003一03一18基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基臺(tái)資助項(xiàng)目(No．10272015)作者簡(jiǎn)介：二E同慶(1945_)，男，江蘇江踢人，教授，博士，主要從事氣功測(cè)量及聲學(xué)方面的研究．萬(wàn)方

7、數(shù)據(jù)工程熱物理學(xué)報(bào)24卷(1)管道勻速運(yùn)動(dòng)，流體靜止，等效于靜止管道內(nèi)外的流場(chǎng)等速流動(dòng)。(2)管道為任意截面形狀的有限長(zhǎng)軸對(duì)稱管道。(3)忽略流體的粘悱和邊界層效應(yīng)。(4)釬道表面為剛性表面或局部反應(yīng)表面。從略去四極子項(xiàng)的考慮運(yùn)動(dòng)邊界的Fw—H方程出發(fā)研究管道聲場(chǎng)，將其分為管道內(nèi)聲場(chǎng)和管道外聲場(chǎng)IlIi部分，利用管幾聲壓和聲質(zhì)點(diǎn)速度連續(xù)條件求解整個(gè)聲場(chǎng)．管口運(yùn)動(dòng)邊界可看作足有流體穿透的運(yùn)動(dòng)邊界，使用可穿透運(yùn)動(dòng)表面的Fw—H方程，m管壁內(nèi)外表面滿足假設(shè)(4)，為不可穿透邊界，可以沿用外場(chǎng)的不可穿透表面的積

8、分公式剛l。管道內(nèi)聲場(chǎng)足由入射聲場(chǎng)和散射聲場(chǎng)疊加的：旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生的入射聲場(chǎng)已知，散射聲場(chǎng)是將管壁內(nèi)表面、管口內(nèi)表面作為■次聲源考慮所產(chǎn)生的聲場(chǎng)；管道外聲場(chǎng)是由管道內(nèi)盧場(chǎng)通過(guò)管口邊界向外輻射產(chǎn)生的，即把管口外表面視為表面源在管外空問(wèn)產(chǎn)生的，匿包括了管道外表面的作用，即激發(fā)外表面成為■次聲源Iflj產(chǎn)生的聲場(chǎng)。對(duì)于符道外聲場(chǎng)來(lái)說(shuō)管口與外壁衙的聲壓都是未知的，需要通過(guò)管Lj表面的聲眶和聲質(zhì)點(diǎn)速度同內(nèi)聲場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)，即內(nèi)聲場(chǎng)存管口內(nèi)表面產(chǎn)生的總聲壓和