汽车风振噪声机理及研究

2018-09-14 19:36:05·  来源:关青青 AutoAero  
 
风振噪声机理研究
风振噪声数值模拟需要注意两点:①明显的低频特性;②气流的可压缩性。
风振噪声是一种复杂的空腔流激励发声现象,是流体力学、空气动力学、声学等多学科的交叉,主要研究基础是亥姆霍兹共振及空腔流自激振荡。
(1)亥姆霍兹共振:亥姆霍兹共振器是一种最基本的声共振系统,最典型的是一个带有一个开口短管的刚性容器。汽车在侧窗或天窗开启时,车内空间类似于一个亥姆霍兹共振器,具有其基本特性。

亥姆霍兹共振器

空腔内部空气受到外界波动P的强制压缩时,会引起短管内空气段A的振动,而空腔内的空气对其产生恢复力,构成由短管部空气质量和腔体内空气弹性构成的振动系统,这对施加作用的波动会产生共振效应,其固有频率为:

(2)空腔噪声:气流流经空腔时会产生离散和宽频噪声。引起空腔噪声的主要机理有两种:
①压力波反馈机制:空腔开口前缘的湍流边界层在开口处形成不稳定的剪切层,剪切层随来流向下游运动并失去稳定,进而产生漩涡,漩涡脱落并继续向下游运动,当撞击到空腔后壁面时,漩涡会破碎、耗散,产生一个向空腔开口上游扩散的脉动压力波(即反馈压力波),此压力波传播到达空腔开口前缘后会诱发新的漩涡脱落,如此循环振荡形成反馈机制。
空腔噪声反馈机制示意图

②声共振:对于深腔而言,噪声的产生是由于腔口非定常涡脱落诱导的声共振。

简单车厢风振噪声的数值模拟
采用CFD对简单车厢进行模拟研究。
(1)建立几何模型:选择了3.2m*1.4m*1m的简易车厢模型进行仿真分析,车窗开口位于车厢正中央,尺寸为0.1m*0.24m*0.015m,监测点位于车厢底部正中央。

(2)计算域确定与网格划分:为了验证仿真的准确性,将仿真结果和风洞试验结果进行对比,故计算域尺寸应与风洞试验测试时的风洞尺度相当。所采用的简易车厢模型结构非常规则,所以采用六面体网格对其进行网格划分。附面层第一层的厚度为0.1mm,并以1.2的比例逐层生长。

计算域示意图

计算域的纵对称面上的网格分布图
(3)边界条件设置:在进行瞬态计算之前,通常需要先进行稳态计算,并将稳态计算得到的结果作为瞬态计算的初始值。本文选用Reslizablek-ε模型来获得稳态计算。
计算域边界条件设置

(4)仿真结果
来流速度为25m/s时监测点的脉动压力时序图

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