基于Lighthill波动方程的轴对称射流气动声场的数值模拟.pdfVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第3O卷 第 6期 2006年 12月 JOuRNA1OFDAQING PETRO1EUM 1NST1TUTE Vo1．3O NO．6 Dec． 2006 基于 Lighthill波动方程的轴对称 射流气动声场的数值模拟 戴 光 ，王 兵 ，张 颖 ，卢启春 (1．大庆石油学院 机械科学与工程学院，黑龙江 大庆 163318； 2．中国石油管道分公司 ，河北 廊坊 065000) 摘 要 ：基于加载扰动速度 的Lighthill波动方程，采用稳定的差分格式和 良好 的无反射边界 ，对不 同喷KI马赫数的 轴对称射流气动声场进行 了数值模拟 ，并分析了声场特性．模拟结果表明：射流噪声在喷注的扰动下具有很强的方 向性 ， 在离开对称轴 2O。～3O。附近存在最大声压，且噪声方向性和强度随着传播距离的增大而逐渐减弱． 关 键 词 ：气动噪声 ；轴对称射流 ；Lighthill波动方程 ；无反射边界条件 中图分类号 ：TQ055．8 文献标识码：A 文章编号 ：1000—1891(2006)06—0060一O3 射流噪声一直是气动声学研究的核心问题 ，射流发声涉及到湍流、流动稳定性等诸多方面，所 以人们 对喷流噪声发声机制的认识还不完全…．考虑喷注不仅辐射强烈的噪声 ，而且射流剪切层对噪声的传播还 具有扰动作用 ，拟通过数值模拟的方法揭示这一现象，以增进对喷流发声物理机制的理解 ，同时证 明文中 采用的计算方法的合理性． 1 计算方法 1．1 基本控制方程 控制方程采用二维 Lighthill波动方程 ，即 3Zp 一 3 c 一 c a 一 (~)0UrUy)，’ (1) t 3x 3xOY 式中： 为声压 ；f0为传播速度 ；Po为静止介质的密度；“为质点速度 ；“，“分别为某位置轴向、径 向扰动 速度 ，其分布规律可由速度函数确定．等号右侧的项可作为外加声源处理 ]，在数值模拟时，令其为0． 1．2 扰动速度的加载 1．2．1 控制方程 在气体射流时，喷注不仅是射流噪声的主要声源 ，而且不均匀的气流还对噪声的传播起反射 、折射等 扰动作用．考虑喷流剪切层对声波传播的影响，式 (1)可写成 一 (f]【+ 。 一 + 一 0． (2) 1．2．2 速度 函数 在轴对称射流时 ，喷注在轴向存在着沿轴 向递减的不均匀剪切流，并且轴向速度远大于径向速度 ， 所以，喷注轴 向剪切梯度流对声波的扰动起主导作用 ，径 向速度则不作考虑．用 FLUENT软件模拟得到 喷 口马赫数M 为0．94，0．84，0．70的速度沿对称轴的分布 ，见图1．由图 1可知，不同喷 口马赫数的喷注沿 对称轴的速度分布规律相似 ，射流速度在喷口处最大 ，随传播距离的增加而急剧衰减．又速度在径向呈对 称分布 ]，根据喷注射流速度分布规律 ，建立扰动速度模拟函数，描述射流扰动速度的分布规律 ，即 收稿 日期 ：2006—05—11；审稿人：邹 龙庆 ：编辑 ：任志平 作者简介 ：戴 光 (1954一)，男，教授 ，博士生导师 ，主要从事声发射理论和压力容器安全检测方 面的研究 维普资讯 第 6期 戴 光等：基于 Lighthill波动方程的轴对称射流气动声场 的数值模拟