計及氣固耦合聲輻射理論與應(yīng)用研究.pdf

1、噪聲主要包括氣動噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。氣動噪聲是由直接作用在流體上的振動力產(chǎn)生。影響氣動噪聲的一個重要因素就是氣體與固體相互作用——氣固耦合，誘發(fā)聲輻射。分析氣固耦合問題發(fā)現(xiàn)，在描述耦合系統(tǒng)的運動方程組中同時包含了描述氣體域、結(jié)構(gòu)域的某些變量，且在相互作用界面上的氣體力和結(jié)構(gòu)位移都是未知的，因此無法通過顯式消去氣體變量或結(jié)構(gòu)變量的方式對氣體域或結(jié)構(gòu)域單獨求解，而只能在求解整個系統(tǒng)后，才可給出解答。也只有耦合振動問題得到了圓滿的解答，才能更系統(tǒng)

2、、更直觀地研究結(jié)構(gòu)振動及其周圍氣流場的情況，探索氣動噪聲、結(jié)構(gòu)噪聲產(chǎn)生的內(nèi)部機理，掌握影響這些噪聲產(chǎn)生的主要因素，更合理的控制噪聲污染。 本文首先研究薄板結(jié)構(gòu)在不同媒質(zhì)中的振動與聲輻射特性。根據(jù)薄板結(jié)構(gòu)及其周圍媒質(zhì)的形狀特點采用等參單元離散結(jié)構(gòu)，用Galerkin 法計算媒質(zhì)內(nèi)任意點的壓力，建立媒質(zhì)與薄板相互作用方程。通過數(shù)值計算、實驗研究，對比薄板在不同媒質(zhì)中的模態(tài)。對薄板結(jié)構(gòu)的模態(tài)，揭示了理論計算與實驗測試結(jié)果之間差別的原因

3、，以及薄板結(jié)構(gòu)在不同媒質(zhì)中固有頻率、聲輻射的普遍規(guī)律。該規(guī)律為研究具有復(fù)雜形狀的風(fēng)機葉片的頻率特性積累經(jīng)驗。在研究風(fēng)機葉片的頻率特性時，運用虛質(zhì)量方法分析風(fēng)機葉片與周圍媒質(zhì)耦合過程。采用具有良好穩(wěn)定性的威爾遜—— θ法求解耦合方程。并用模態(tài)分析理論對風(fēng)機葉片顫振、聲輻射特點等進(jìn)行分析，探討風(fēng)機葉片氣固耦合特性。通過這部分的研究，可進(jìn)一步研究因葉片氣固耦合誘發(fā)聲輻射對風(fēng)機葉片周期噪聲、寬帶噪聲的影響規(guī)律。 滿足風(fēng)機主要性能的前提條

4、件下，研究風(fēng)機葉片周期噪聲、寬帶噪聲。根據(jù)風(fēng)機葉片的構(gòu)型原理，運用運動聲源產(chǎn)生聲場的特點，同時考慮葉片氣固耦合、非線性脈動升力的影響，推導(dǎo)出了計及氣固耦合誘發(fā)聲輻射影響的葉片周期噪聲、寬帶噪聲模型。研究了這種聲輻射對風(fēng)機葉片周期噪聲、寬帶噪聲的影響大小，周期噪聲、寬帶噪聲的頻域特性，及在不同構(gòu)型參數(shù)（葉片數(shù)、風(fēng)機轉(zhuǎn)速、攻角、葉片展向半徑、葉片截面等）變化的情況下，模擬風(fēng)機葉片噪聲的變化規(guī)律。這些規(guī)律可用于風(fēng)機低噪聲設(shè)計階段及噪聲值的預(yù)測

5、。 在前面各章理論研究的基礎(chǔ)上，針對嵌入式空調(diào)室內(nèi)機的結(jié)構(gòu)特點，運用結(jié)構(gòu)聲輻射控制理論，對室內(nèi)機進(jìn)行噪聲控制。首先運用分步運轉(zhuǎn)、頻譜分析等方法判斷出主要噪聲源，然后保證室內(nèi)機其它性能在允許變動范圍內(nèi)，采用穿孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)流裝置實施噪聲控制方案，并對降噪結(jié)果進(jìn)行Zwicker 理論評價。實踐表明，所采用的噪聲控制方法是有效的。薄板的廣泛應(yīng)用，為更好研究薄板結(jié)構(gòu)與周圍媒質(zhì)相互作用特性提供廣闊空間。在消聲管道系統(tǒng)中，消聲器結(jié)構(gòu)多為圓柱形薄板

6、結(jié)構(gòu)。消聲器內(nèi)部氣流速度、噪聲源特性、氣流成分都會影響消聲器實現(xiàn)消聲功能。根據(jù)管道內(nèi)流體的科里奧利（Corialis）慣性力現(xiàn)象，考慮氣固耦合誘發(fā)的聲輻射，利用Hamilton 原理和變分原理推導(dǎo)出兩端簡支排氣管道耦合振動方程。求解耦合方程，研究消聲管道氣固耦合頻率特性，并通過實驗研究消聲管道在特殊環(huán)境下的氣固耦合頻率特性，為充分發(fā)揮消聲器的消聲特性積累經(jīng)驗。消聲管道氣固耦合的研究在滿足汽車排氣管道主要性能的前提下進(jìn)行，為了更好的研究氣