基于lbm的空腔流动及声传播研究

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1、分类号学号M201170996学校代码10487密级硕士学位论文基于LBM的空腔流动及声传播研究学位申请人：廖俊杰学科专业：流体机械及工程指导教师：张师帅副教授答辩日期：2014年6月4日万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringApplicationandResearchonCavityFlowandAero-acousticBasedonLBMMasterCandidate:LiaoJunjieMajor:FluidMachin

2、eryandEngineeringSupervisor:Prof.ZhangShishuaiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan，430074，P.R.ChinaJun.2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文

3、作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据摘要气动噪声在现今工程和生活实际中处处可见，控制噪声无论是对工业实际亦或是日常生活都较为重要。而关于其数值模拟计算也在近几十年来逐渐成为热点，LBM正是其中

4、能够较好模拟声波的产生及传播的方法之一。基于绝热、等熵假设的D2Q9可以将流体视为微可压，这使声传播模拟成为可能。本文研究主要从以下几方面进行：首先模拟多类型空腔流，其中包含方形腔、三角形空腔、半圆形空腔以及梯形空腔。选取含插值的斜边界外推法处理这几类含复杂边界的空腔。改变流速以探究流速变化对各类空腔流场的影响，这些影响主要体现在涡强、涡中心源位置变化及涡数量等方面。总体而言随着入流速度的提高，空腔内涡流状态逐渐向复杂化不稳定化发展，当壁面剪切流达到一定程度时，空腔一般都将于底部或两侧的近壁面处由主涡分化出小涡。其次，为全面了解声波传播特性，对点源、线源的传播、同频率与不同频率点

5、源的合成、不同松弛时间下波的传播特性以及对多普勒效应进行模拟分析。通过将理论分析解与点源、线源在各时刻的LBM模拟结果对比，初步验证其计算可行性。对干涉现象的模拟和多普勒现象的计算分析进一步证明了其模拟声波的准确性，同时，采用不同松弛时间进行模拟，得出松弛时间与流场阻尼正相关，但与声速无关。最后，本文对矩形腔进行了独立研究，从深长比、入口流速、粘性等角度进行了模拟分析，然后对比相同条件下传统CFD计算结果，统计二者误差，结果显示深长比较大和深长比较小情况下其误差较低，流速方面，二者误差随流速降低而降低。同时，网格技术的模拟说明了其能在一定程度上减少计算耗时。另外，还以LBM监测其

6、内某些点的声压变化，求得其频谱特性并对比文献结果，结果证明其声压计算值对于各个峰值频率计算较为准确，说明了LBM对于预测噪声的准确性。关键词：空腔流，格子玻尔兹曼方法，气动噪声，声传播，深长比I万方数据AbstractAerodynamicisacommonphenomenonindailylifeandengineeringapplications,thecontrolofnoisehasagreatsignificanceonthetwoaspects,andthenumericalresearchonithasdevelopedrapidlyinrecentyears.Th

7、eLatticeBoltzmannMethodisoneofthemethodthatcouldsimulatethesoundwavegenerationandpropagationaccurately.ThatfluidisdeemedtobeslightlycompressiblebymodelD2Q9whichisbasedonadiabaticandisentropicassumptionsmakesthesoundsimulationtobepossible.Thei