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亚音速射流试验台的设计与流场模拟

柴宏生  
【摘要】:本课题获得国家自然科学基金(50976044)的资助,主要是研究射流噪声问题。射流噪声是一种常见的气动噪声问题,密切关系到人类的日常生活,对于该问题的研究具有很大的理论和现实意义。 本文在对现有射流噪声理论进行总结,及参考国内外相关射流试验台构建经验基础之上,自行设计建造了具有相当质量的亚音速射流噪声试验台。先对试验台整体方案进行论证,提出相应技术参数及配合要求;再采用灵活的模块化设计原则,对不同模块进行详细分析,其中喷嘴部分设计采用计算流体力学辅助技术结合三维造型技术,具有一定的创新性;最终,将各部分组装,完成试验台的搭建。 试验台建成后,本文又从射流流场实验、射流噪声场实验两个方面对射流噪声问题进行实验研究。其中,射流流场实验确保试验台的相关参数(Ma数,压力等)达到设计要求,射流流场轴向速度收敛结果与理论计算一致;射流噪声场实验结果表明,亚音速射流噪声频谱特性随Ma数及测点位置的不同而改变。上述实验结果表明:本文建造的试验台能够达到设计要求,可以承担后续的射流噪声研究工作。 此外,本文还分别对亚音速射流流场进行了二维和三流场维模拟。通过二维流场模拟结果的射流轴线截面速度及无量纲速度的自模性,论证了CFD模拟射流流场的准确性。三维射流模拟主要研究不同网格划分方法对射流流场产生的影响,寻找到一种合适的三维网格划分方法。 本文分别围绕理论分析,实验验证,数值模拟三个方面,在自行建设的试验台上对射流噪声问题开展一些研究。为以后类似试验台的建设提供一个参考方案,具有一定的借鉴意义。此外,本文所给出的射流噪声实验数据及模拟计算结果也具备一定的借鉴意义。


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