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计及气固耦合声辐射理论与应用研究

李林凌  
【摘要】:噪声主要包括气动噪声和结构噪声。气动噪声是由直接作用在流体上的振动力产生。影响气动噪声的一个重要因素就是气体与固体相互作用——气固耦合,诱发声辐射。分析气固耦合问题发现,在描述耦合系统的运动方程组中同时包含了描述气体域、结构域的某些变量,且在相互作用界面上的气体力和结构位移都是未知的,因此无法通过显式消去气体变量或结构变量的方式对气体域或结构域单独求解,而只能在求解整个系统后,才可给出解答。也只有耦合振动问题得到了圆满的解答,才能更系统、更直观地研究结构振动及其周围气流场的情况,探索气动噪声、结构噪声产生的内部机理,掌握影响这些噪声产生的主要因素,更合理的控制噪声污染。 本文首先研究薄板结构在不同媒质中的振动与声辐射特性。根据薄板结构及其周围媒质的形状特点采用等参单元离散结构,用Galerkin 法计算媒质内任意点的压力,建立媒质与薄板相互作用方程。通过数值计算、实验研究,对比薄板在不同媒质中的模态。对薄板结构的模态,揭示了理论计算与实验测试结果之间差别的原因,以及薄板结构在不同媒质中固有频率、声辐射的普遍规律。该规律为研究具有复杂形状的风机叶片的频率特性积累经验。在研究风机叶片的频率特性时,运用虚质量方法分析风机叶片与周围媒质耦合过程。采用具有良好稳定性的威尔逊——θ法求解耦合方程。并用模态分析理论对风机叶片颤振、声辐射特点等进行分析,探讨风机叶片气固耦合特性。通过这部分的研究,可进一步研究因叶片气固耦合诱发声辐射对风机叶片周期噪声、宽带噪声的影响规律。 满足风机主要性能的前提条件下,研究风机叶片周期噪声、宽带噪声。根据风机叶片的构型原理,运用运动声源产生声场的特点,同时考虑叶片气固耦合、非线性脉动升力的影响,推导出了计及气固耦合诱发声辐射影响的叶片周期噪声、宽带噪声模型。研究了这种声辐射对风机叶片周期噪声、宽带噪声的影响大小,周期噪声、宽带噪声的频域特性,及在不同构型参数(叶片数、风机转速、攻角、叶片展向半径、叶片截面等)变化的情况下,模拟风机叶片噪声的变化规律。这些规律可用于风机低噪声设计阶段及噪声值的预测。 在前面各章理论研究的基础上,针对嵌入式空调室内机的结构特点,运用结构声辐射控制理论,对室内机进行噪声控制。首先运用分步运转、频谱分析等方法判断出主要噪声源,然后保证室内机其它性能在允许变动范围内,采用穿孔结构导流装置实施噪声控制方案,并对降噪结果进行Zwicker 理论评价。实践表明,所采用的噪声控


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