基于STAR-CCM+二次开发的进气歧管流动噪声分析

摘要

进气歧管对发动机的动力性和经济性起着至关重要的作用。高速气流在进气歧管中流过，产生的流动噪声也为总的进气系统的噪声增加了负担。一款结构优秀的进气歧管除了能够提高发动机的进气性能以外还能够在一定程度上降低自身的流动噪声。
　　在进气歧管研发的发展过程中，最初是采用试验加经验修改的方法，这种方法在进行中会因模型的试制而耗费大量的时间和资金，并且不能有效的找到问题的症结，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）和计算气动声学(Computational Aeroacoustics，简称CAA)技术的出现解决了这个问题。为了进一步提高分析效率，本文基于STAR-CCM+软件，在采用CFD和CAA技术的基础上开发了流场和声场模拟的自动化程序，使进气歧管流场和声场的分析按照规范而简单的流程进行，实现一键完成多工况的修改和多测点的设置，提高了分析效率，保证了计算结果的一致性，避免了模拟分析过程中的遗漏和错误。
　　准确的流场计算能够保证声场计算的精确性。本文基于开发的进气歧管流场自动化程序，应用不同的湍流模型、边界层网格厚度以及层数，研究其对计算结果的影响，并和试验结果进行比较。结果表明可实现的k??湍流模型和厚度为0.01mm的边界层网格搭配使用，得到的计算结果和试验结果最为接近。为了保证声场计算的准确性，在对流动噪声的计算中应采用这种模型和网格的搭配。
　　基于开发的流动噪声自动化分析程序，针对某型进气歧管的4款改型模型进行了流动噪声的模拟。应用Proudman和Curle模型，分析稳态噪声源的分布，发现进气歧管流动噪声主要来源于四极子源，主要原因是压力梯度的变化。增大稳压腔容积，曲率半径和过渡圆角不仅能提高发动机性能，也能使噪声源的噪声水平降低。在非稳态计算中，在近场应用分离涡模拟，在远场应用FW-H积分，数据处理应用快速傅里叶变换，分别获得近场和远场的测点声压级随频率的变化关系。研究表明，随着歧管结构的优化，在远场7.5m处，测点整体的噪声水平降低，峰值噪声相对于初始模型降低了8dB，峰值出现在特定频率，有助于噪声识别。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 流动噪声概述

1.3 课题发展现状

1.4 本课题主要研究内容

第2章 理论分析基础和关键技术

2.1 计算流体力学基础

2.2 流动噪声基础

2.3 STAR-CCM+二次开发关键技术

2.4 本文研究的流程

第3章 进气歧管模拟程序的二次开发

3.1 进气歧管模拟程序二次开发概述

3.2 进气歧管流场模拟自动化程序

3.3 进气歧管流动噪声模拟自动化程序

3.4 本章小结

第4章 进气歧管流场的物理模型和网格的建立

4.1进气歧管几何模型和网格创建

4.2 数值模拟准备阶段

4.3 数值计算结果及分析

4.4 本章小结

第5章 进气歧管流动噪声模拟分析

5.1 模拟计算的准备工作

5.2 流场结果对比分析

5.3 稳态噪声源结果对比分析

5.4 非稳态声场结果对比分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

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致谢