湍流噪聲的聲源機制和大渦模擬

《湍流噪聲的聲源機制和大渦模擬》是依託中國科學院力學研究所，由何國威擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：湍流噪聲的聲源機制和大渦模擬
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：何國威
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

湍流噪聲是湍流領域的挑戰性問題之一，也是大飛機氣動噪聲的主要難點。它的關鍵在於湍流產生噪聲的機理和預測方法。本項目將發展湍流脈動和不穩定波的相互作用理論，推導剪下湍流噪聲譜的統計模型，解釋射流噪聲的雙聲源機制；發展針對湍流聲場的大渦模擬亞格子模型和未解析尺度模型，解決大渦模擬得到的噪聲譜窄帶問題；發展壓力時空關聯的模型，研究可壓縮性對湍流時間尺度的影響，開闢從時間尺度研究湍流噪聲的新途徑。本項目原創性發展湍流的時間尺度理論，它為湍流噪聲的識別與控制理論提供了理論依據和預測方法。

結題摘要

本項目採用了時間-空間關聯方法和不穩定波理論，研究了湍流噪聲的聲源機制，並發展了預測湍流噪聲的大渦模擬方法。主要研究成果包括：提出了不可壓縮湍流壓力脈動和可壓縮湍流的時空關聯模型；發展了剪下湍流噪聲譜的標度模型，闡明了剪下湍流的雙聲源機制；採用峰值和寬度刻畫了湍流時空能譜的主要特徵，定量描述了湍流噪聲的都卜勒移位和加寬效應；採用不穩定波構造自由剪下湍流的非線性聲源機制，並在軸對稱射流的渦配對噪聲和亞聲速射流噪聲等典型流動中得到驗證；研究了鋸齒形管狀射流噪聲的三種不穩定模態，解釋了鋸齒形管狀射流的降噪機理，並進一步提出了採用伴隨方法控制射流噪聲的新策略。根據上述理論和模型，我們採用大渦模擬和不穩定波計算湍流大尺度結構，採用時空關聯方法模擬小尺度結構對大尺度結構的影響，發展了時間精準的大渦模擬方法，並以射流和圓柱繞流噪聲為典型案例，構造了湍流噪聲大渦模擬的數值平台。本項目的結果不僅發展了湍流噪聲源的理論模型，而且發展了數值預測湍流噪聲的大渦模擬方法，為實現全尺度航行器湍流噪聲的超級計算機模擬奠定了基礎。