锯齿射流的数值模拟及空间稳定性分析

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发动机的喷流噪声是航空飞行器的主要噪声源之一,通过将圆形喷管更改为锯齿形喷管进而将圆形射流转变为锯齿形射流可有效降低射流的低频噪音。本文工作通过数值模拟与稳定性分析的方法对锯齿射流降低低频噪声的机理进行了研究。主要内容包括:  (1)采用RANS与LES结合的办法,研究了不同锯齿形喷管的射流噪声,详细考察了喷管构型对于射流近场流动以及远场噪声的影响,从流场大尺度结构变化的角度讨论了锯齿射流噪声降低的原因。  研究结果表明:  1)锯齿射流促进了流动混合,加速了射流中心区的衰减,减小了势核区处的湍流脉动强度以及流动的间歇性;  2)锯齿射流的远场噪声在低辐射角度上相比于圆射流可低3分贝,通过对远场压力脉动的周向Fourier分析发现降噪效果最好的锯齿射流的远场噪声在各阶周向模态上相比圆射流均有所降低;  3)使用POD方法提取了流动中的大尺度相干结构,发现锯齿射流的流动减弱了流动的相干性。  (2)研究了锯齿射流(6齿)以及圆射流的的空间不稳定性,考虑了扰动频率以及基本流流向位置的影响,基于线化欧拉方程考察了射流中不稳定模态的空间波包结构,对比了两种射流不稳定波包的发声效率。  研究结果表明:  1)6齿射流在近喷口位置具有三类不稳定特征模态,他们分别由径向剪切作用、周向剪切作用以及径向剪切与周向剪切共同作用主导;  2)径向剪切易产生高频不稳定模态,而周向剪切产生低频不稳定模态;  3)远离喷口时锯齿射流最不稳定模态增长率要比圆射流小,锯齿射流中不稳定波包发声效率明显小于圆射流。总结而言,锯齿射流不稳定波包特征的变化可以反映声辐射效率的变化。
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