气动式报警声源发声机理及数值仿真研究

论文摘要

本文研究了气动噪声和气动声源的理论，对一种气动式报警声源进行了试验和数值模拟来研究其发声机理，将数值模拟结果和试验值进行对比，证明了数值模拟的有效性。提出了动静干涉噪声和涡流噪声是该气动报警声源主要噪声形成原因的结论。用试验的方法，自行设计了不同参数的报警器部件，研究了该种气动声源的频率影响因素，结果表明：该报警器的发声频率只与叶轮的叶片个数和转速相关，并满足叶频规律。用数值模拟的方法，将CFD技术研究引入对该种气动声源的流体数值模拟研究中，利用Navier-Stokes方程和RNG湍流模型，并在转动部件与静止部件间用滑移网格技术建立交界面，进行了数值模拟，研究了该报警声源的流场特性，对其涡声特性进行了分析，再采用时域和频域分析方法对流场内压力脉动的强度和频率进行分析，并将该结果与该气动声源的试验值进行了对比，证明了该数值计算的可靠性，对该种气动声源的流体数值计算研究打下一定的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 气动噪声研究状况
• 1.2.1 Lighthill声比拟理论
• 1.2.2 涡流噪声、干涉噪声的研究现状
• 1.2.3 数值模拟在涡、声机制研究中的应用
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 气动噪声种类及气动声源装置
• 2.1 气动噪声种类
• 2.1.1 涡流噪声
• 2.1.2 干涉噪声
• 2.1.3 旋转噪声
• 2.1.4 腔噪声
• 2.1.5 棱边声
• 2.1.6 周期性进排气噪声
• 2.1.7 喷射噪声
• 2.1.8 燃烧噪声
• 2.1.9 激波噪声
• 2.2 一些常见的气动声源装置
• 2.2.1 旋笛
• 2.2.2 气流扬声器
• 2.2.3 边棱式声波发生器
• 2.2.4 哈特曼（Hartman）声波发生器
• 2.2.5 圆板哨
• 2.2.6 燃烧气脉冲
• 2.2.7 一种气动式报警声源
• 2.3 本章小结
• 第3章 气动式报警声源的试验研究
• 3.1 新设计的报警器部件介绍
• 3.2 试验台架及测量仪器
• 3.3 试验结果及分析
• 3.3.1 决定声音频率及声音大小的因素
• 3.3.2 该种气动声源的斯特洛哈数的验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 气动式报警器声源的非定常流动数值模拟
• 4.1 流场控制方程
• 4.1.1 不可压缩粘性流的Navier-Stokes方程
• 4.1.2 湍流模型及控制方程
• 4.2 网格划分与控制方程的离散
• 4.2.1 网格生成
• 4.2.2 控制方程的离散
• 4.3 SIMPLEC算法
• 4.4 可动区域问题在FLUENT的求解
• 4.4.1 多参考系模型（MRF）
• 4.4.2 混合平面法
• 4.4.3 滑移网格
• 4.5 计算实例
• 4.5.1 网格生成及计算方法
• 4.5.2 边界条件
• 4.6 本章小结
• 第5章 气动报警声源数值模拟结果及分析
• 5.1 流场涡、声特性的分析
• 5.1.1 不同时刻流场的分析
• 5.1.2 动静干涉分析
• 5.1.3 脉动压力的分析
• 5.2 数值模拟与试验结果对比分析
• 5.2.1 仿真值与试验值的频谱比较
• 5.2.2 仿真值频率的分析
• 5.3 改变报警器仿真参数的结果分析
• 5.3.1 改变外壳与叶轮间隙的结果分析
• 5.3.2 改变外壳的孔宽度的结果分析
• 5.3.3 改变外壳孔数的结果分析
• 5.3.4 改变进口压力的结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢