超声速欠膨胀矩形射流中的噪声特性

【作者】 梁龙龙； 叶创超； 张彭俊燚； 万振华；

【机构】 中国科学技术大学工程科学学院近代力学系；

【摘要】 本文采用大涡模拟方法对长宽比为2、5和展向周期的三种矩形射流进行数值模拟,研究了超声速欠膨胀矩形射流的噪声特性及啸叫的发声机制。对平均和瞬时流场特性的分析发现随着三维效应的减弱,激波单元间距增大,射流在短轴平面的震荡更加剧烈。通过傅里叶分析得到频率波数谱空间的压力脉动信号,由群速度估计的相干结构对流速度与使用两点压力相关性分析计算的对流速度相吻合,在频率波数空间提取啸叫频率下的结构,发现了向下游传播的Kelvin-Helmholtz波和被困在射流势核区内的"陷波",以及向上游传播的"引导射流模态",结果与前人的理论模型和实验发现一致,此外也额外发现了在超声速射流势核内往上游传播的"陷波"。通过降阶变分模态分解,提取流场中的含能结构,结果表明,随着三维效应的减弱,与啸叫基频相关的反对称模态和啸叫谐频相关的对称模态会变为主导模态,马赫波模态会逐渐被抑制。最后,利用多过程理论推导出的物理声源项进行分析,近场声源与远场压力脉动信号之间的相关性结果表明,长宽比为2的射流,其啸叫源位于第三个激波单元和第四个激波尖端且由热力学过程主导,然而,长宽比为5和展向周期的射流啸叫源都在第二和第三个激波尖端且由剪切过程主导。更多还原