射流齿形喷嘴喷流流场与降噪机理分析

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工业噪声严重影响了人们正常的工作与生活,而喷流噪声作为典型的工业排空噪声,在生活的各个领域广泛存在。射流齿形喷嘴是应用于航空发动机尾喷的一种主动控制降噪技术,是在航空工业已经被证实了的可以有效降低喷流噪声的技术,具有重大研究意义。  本文主要研究了射流齿形对低马赫数Ma=0.12条件下的喷流声学性能的影响。通过数值计算展现了射流齿形喷嘴流场的特点,得到了不同射流齿形参数下喷流速度场、湍动能及涡量场的分布,采用热线测量的手段对数值计算的准确性进行验证,并进一步完善了流场信息。最后通过对射流齿形喷嘴近场声压级分布及远场噪声指向性测量,结合流场的特点及气动声学知识,对喷流流场与声场进行关联分析,得到了射流齿形结构对喷流声学性能的影响,并将结果与机械锯齿进行对比。  射流齿形速度衰减迅速,它在喷嘴出口附近短暂地增强了掺混,而后与外界流体一同融入喷流混合层,沿流向向下游发展。在射流齿形齿尖的下游区域,喷流的湍动能有所降低,在下游区域,喷流流动状态逐渐向圆锥形喷嘴靠近,混合层湍动能整体降低,势流核心变长;射流齿形速度越高、对主流的倾角越大,对下游喷流湍动能的降低越多。  射流齿形降低了喷流的低频噪声,增强了高频噪声,射流齿形出口速度越高,对高频噪声的增强越多,对低频噪声的降低幅度也越大,总声压级随着射流齿形速度的提高而增大;倾角较大的射流齿形降噪效果比较理想;喷流近场总声压级沿流向分布与湍动能值的分布呈现出正相关的关系。  相对于机械锯齿,射流齿形对低频噪声的降低幅度较小,但是起降噪作用的低频范围更广,同时对高频噪声的增强也较少;射流齿形是一种主动控制方式,有着许多优点,它以根据主流来调节自身参数,并且在不需要降噪时关闭。
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