用基于声类比的边界元计算管道风扇的管道声传播和辐射

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1、万方数据第24卷第3期工程热物理学报JoURNAI-oFENGINEERlNGTHERMOPHYSICSV01．24．No3Mav2003用基于声类比的边界元计算管道风扇的管道声传播和辐射王同庆杨兵杨志刚(北京航夺航天大学动力系，北京100083摘要本文介绍了用基于声类比的边界元计算管道风扇声场的新方法，将已被成功地应用于物体对外声场的散射计算方法推广应用到管道风扇的管内声传播和管口声辐射问题．数值结果表明了模型和方法的正确性及其可以作为管道声处理降噪效果预测的工具。关键词声类比；营道声传播和辐射；降噪

2、中围分类号：0357．4文献标识码：A文章编号，0253231x(2003)03_0403_03PREDICTIoNoFSoUNDPRoPAGATIoN／RADIATIoNoFDUCTED．FANBYUSINGBEMBASEDoNACoUSTICANALoGYTHEoRYwANG1陷ng—Qi“gYANGBingYANGzlli—Gang(Propu埘onDept．Beih8ngun】v啪i札Be玎ing100083，∞jna】Abstra“Anewmethodforthesoundpropagatio

3、nandradiationofducted—fanba8edonacousticanalogyisdiscussed，whichisdevelopedfromtheacousticanalogymodelwhichhasbeensuccessfmlyusedtopredictthesound6eldoutof曲emovingbodyThenumericalre吼11tsshowthevalidityofthemodelandthec即abilityforthepredictionofducted—fan

4、noisereduction．Keywordsacoustican胡ogy；soundpropagation／radiationofduct；noisereduction1前言由丁在管道内敷设声衬是降低旋转叶轮机械声源通过管道向外辐射噪声的有效手段，因此从五、六十年代起，航空界就开始重视发动机管道声传播理论和实验的研究。模态匹配法是60一70年代提出的一种工程近似方法，可用于计算管道中的声传播，但端口反射系数的精确获得是这种方法的难点所在．用有限元方法可计算三维流动和管道对声场产生的影响，但需要较大的内

5、存和计算量。从1996年以来NAsA兰利中心发展了基于Helmholtz方程的边界元方法计算发动机风扇管道对风扇声源入射波产生散射的程序TBIEM3D邺】，主要针对轴对称无壁厚均匀流动的圆柱管道，管内壁可以敷设声衬，管外壁是硬壁条件。这个程序在声学设计中已被用来进行各种参数的研究和计算气动声学方法的校核。但这个程序目前还无法解决有壁厚、非轴对称管道的声场问题。计算气动声学cAA直接用流体力学的基本方程一欧拉方程或Ns方程来数值模拟流场和声场。由于它的复杂性和耗资巨大，主要应用在声场与流场相互耦合作用十分

6、严蘑、非线性很强的流场、声场计算。本文的管道声类比模型将用于外声场计算的声类比方法扩展到包含内外声场的计算，该模型可以预测有壁厚及内壁敷设多段声衬的管道声场，比NAsA兰利中心的TBIEM3D有更多的优点，可作为管道降噪声处理设计的预测工具。2物理模型为了研究方便，对管道模型作了基本假设收稿日期：2002-“一28；修订日期t2003一03一18基金项目：国家自然科学基台资助项目(No．10272015)作者简介：二E同庆(1945_)，男，江苏江踢人，教授，博士，主要从事气功测量及声学方面的研究．万方

7、数据工程热物理学报24卷(1)管道匀速运动，流体静止，等效于静止管道内外的流场等速流动。(2)管道为任意截面形状的有限长轴对称管道。(3)忽略流体的粘悱和边界层效应。(4)钎道表面为刚性表面或局部反应表面。从略去四极子项的考虑运动边界的Fw—H方程出发研究管道声场，将其分为管道内声场和管道外声场IlIi部分，利用管几声压和声质点速度连续条件求解整个声场．管口运动边界可看作足有流体穿透的运动边界，使用可穿透运动表面的Fw—H方程，m管壁内外表面满足假设(4)，为不可穿透边界，可以沿用外场的不可穿透表面的积

8、分公式刚l。管道内声场足由入射声场和散射声场叠加的：旋转叶片产生的入射声场已知，散射声场是将管壁内表面、管口内表面作为■次声源考虑所产生的声场；管道外声场是由管道内卢场通过管口边界向外辐射产生的，即把管口外表面视为表面源在管外空问产生的，匿包括了管道外表面的作用，即激发外表面成为■次声源Iflj产生的声场。对于符道外声场来说管口与外壁衙的声压都是未知的，需要通过管Lj表面的声眶和声质点速度同内声场联系起来，即内声场存管口内表面产生的总声压和