Механизмы генерации и источники шума сверхзвуковых струй и численное моделирование их газодинамических и аэроакустических характеристик

  • К.Н. Волков Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова https://orcid.org/0000-0003-3797-4645
  • В.Н. Емельянов Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
  • А.И. Цветков Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
  • П.С. Чернышов Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
Ключевые слова:

вычислительная газовая динамика, вычислительная аэроакустика, сверхзвуковая струя, недорасширенная струя, шум

Аннотация

Интерес к разработке моделей и методов, направленных на изучение механизмов генерации шума в струйных течениях, объясняется постоянно ужесточающимися требованиями по шуму, производимому различными промышленными устройствами. Рассматриваются модели, лежащие в основе вычислительной газовой динамики и аэроакустики, а также интегральные методы расчета шума в дальнем поле и особенности численной реализации соответствующих математических моделей. Возможности разработанных средств численного моделирования демонстрируются на примере расчета шума, генерируемого сверхзвуковыми недорасширенными струями. Обсуждается влияние перепада давления на структуру струи, а также распределения газодинамических и акустических характеристик. Представленные средства численного моделирования задач вычислительной газовой динамики и вычислительной аэроакустики представляют собой инструменты решения исследовательских и инженерных задач, а также служат основой разработки новых методов и вычислительных алгоритмов.

Об авторах

К.Н. Волков,

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова,
факультет ракетно-космической техники
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• ведущий научный сотрудник

В.Н. Емельянов,

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова,
факультет ракетно-космической техники
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• заведующий кафедрой

А.И. Цветков,

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова,
факультет ракетно-космической техники
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• доцент

П.С. Чернышов,

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова,
факультет ракетно-космической техники
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• аспирант

Литература

  1. Raman G. Supersonic jet screech: half-century from Powell to the present // Journal of Sound and Vibration. 1999. Vol. 225, N 3. 543-571.
  2. Гиневский А.С., Власов Е.В., Каравосов Р.К. Акустическое управление турбулентными струями. М.: Физматлит, 2001.
  3. Chin C., Li M., Harkin C., Rochwerger T., Chan L., Ooi A. Investigation of the flow structures in supersonic free and impinging jet flows // Journal of Fluids Engineering. 2013. Vol. 135, N 3. doi 10.1115/1.4023190.
  4. Волков К.Н., Емельянов В.Н., Зазимко В.А. Турбулентные струи: статические модели и моделирование крупных вихрей. М.: Физматлит, 2014.
  5. Zapryagaev V., Kiselev N., Gubanov D. Shock-wave structure of supersonic jet flows // Aerospace. 2018. Vol. 5. doi 10.3390/aerospace5020060.
  6. Бойко В.М., Достовалов А.В., Запрягаев В.И., Кавун И.Н., Киселев Н.П., Пивоваров А.А. Исследование структуры сверхзвуковых неизобарических струй // Ученые записки ЦАГИ. 2010. 41, № 2. 44-58.
  7. Emami B., Bussman M., Tran H. Application of realizability and shock unsteadiness to k-epsilon simulations of under-expanded axisymmetric supersonic free jets // Journal of Fluid Engineering. 2010. Vol. 132, N 4. doi 10.1115/1.4001341.
  8. Nichols D.S. Accounting for shocks in the KEKW turbulence model // AIAA Paper. 2011. doi 10.2514/6.2011-3573.
  9. Oh Y.H., Bushnell D.M. Influence of external disturbances and compressibility on free turbulent mixing. NASA Report SP-347. Hampton: NASA Langley Research Center, 1975.
  10. Sarkar S. Modeling the pressure-dilatation correlation. NASA Report CR-187566. Hampton: NASA Langley Research Center, 1991.
  11. Thies A.T., Tam C.K.W. Computation of turbulent axisymmetric and nonaxisymmetric jet flows using the K-epsilon model // AIAA Journal. 1996. Vol. 34, N 2. 309-316.
  12. Tam C.K.W., Auriault L. Jet mixing noise from fine-scale turbulence // AIAA Journal. 1999. Vol. 37, N 2. 145-153.
  13. Khavaran A., Kenzakowski D.C., Mielke-Fagan A.F. Hot jets and sources of jet noise // International Journal of Aeroacoustics. 2010. Vol. 9, N 4-5. 491-532.
  14. Alam M.M.A., Setoguchi T., Matsuo S., Kim H.D. Nozzle geometry variations on the discharge coefficient // Propulsion and Power Research. 2016. Vol. 5, N 1. 22-33.
  15. Kim J.-H., Kearney-Fischer M., Samimy M., Gogineni S. Far-field noise control in supersonic jets from conical and contoured nozzles // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2011. Vol. 133. doi 10.1115/1.4002811.
  16. Emelyanov V.N., Tsvetkov A.I., Volkov K.N. Mechanism of generation and sources of noise in supersonic jets // Journal Akustika. 2019. Vol. 32. 144-150.
  17. Emelyanov V.N., Pustovalov A.V., Volkov K.N. Supersonic jet and nozzle flows in uniform-flow and free-vortex aerodynamic windows of gas lasers // Acta Astronautica. 2019. Vol. 163. Part A. 232-243.
  18. Tam C.K.W. Supersonic jet noise // Annual Review of Fluid Mechanics. 1995. Vol. 27. 17-43.
  19. Ffowcs Williams J.E. The noise from turbulence convected at high speed // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1963. Vol. 255. 469-503.
  20. Phillips O.M. On the generation of sound by supersonic turbulent shear layers // Journal of Fluid Mechanics. 1960. Vol. 9, N 1. 1-28.
  21. Tam C.K.W., Chen P., Seiner J.M. Relationship between the instability waves and noise of high-speed jets // AIAA Journal. 1992. Vol. 7, N 30. 1747-1752.
  22. Goldstein M.E. An exact form of Lilleys equation with velocity quadrupole/temperature dipole source term // Journal of Fluid Mechanics. 2001. Vol. 443. 231-236.
  23. Harper-Bourne M., Fisher M.J. The noise from shock waves in supersonic jets // Proc. AGARD Conference on Noise Mechanisms. Vol. 2, No. 131. Brussels: Adv. Group Aero. Res. Dev., 1973. 11-1-11-13.
  24. Norum T.D., Seiner J.M. Broadband shock noise from supersonic jets // AIAA Journal. 1982. Vol. 20, N 1. 68-73.
  25. Alkislar M.B., Krothapalli A., Lourenco L.M. Structure of a screeching rectangular jet: a stereoscopic particle image velocimetry study // Journal of Fluid Mechanics. 2003. Vol. 489. 121-154.
  26. Farr R., Chang C.-L., Jones J.H., Dougherty N.S. On the comparison of the long penetration mode (LPM) supersonic counterflowing jet to the supersonic screech jet // AIAA Paper. 2015. doi 10.2514/6.2015-3126.
  27. Бакулев В.Л., Воробьев А.М. Снижение шума блочной сверхзвуковой струи с помощью впрыска воды // Вестник СПбГУ. Серия 1. 2015. 2, вып. 3. 415-425.
  28. Farassat F. Linear acoustic formulas for calculation of rotating blade noise // AIAA Journal. 1981. Vol. 19, N 9. 1122-1130.
  29. Farassat F. Prediction of advanced propeller noise in the time domain // AIAA Journal. 1986. Vol. 24, N 4. 578-584.
  30. Brentner K.S., Farassat F. Analytical comparison of the acoustic analogy and Kirchhoff formulation for moving surfaces // AIAA Journal. 1998. Vol. 36, N 8. 1379-1386.
  31. Volkov K. Multigrid and preconditioning techniques in CFD applications // CFD Techniques and Thermo-Mechanics Applications. Cham: Springer, 2018. 83-149.
Опубликован
2020-01-11
Как цитировать
Волков К.Н., Емельянов В.Н., Цветков А.И., Чернышов П.С. Механизмы генерации и источники шума сверхзвуковых струй и численное моделирование их газодинамических и аэроакустических характеристик // Вычислительные методы и программирование. 2020. 20. 498-515. doi 10.26089/NumMet.v20r444
Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 3 4 > >>