一种降噪纹波圆柱的设计方法及降噪纹波圆柱技术

本发明专利技术适用于气动噪声控制技术领域，提供了一种降噪纹波圆柱的设计方法及降噪纹波圆柱，首先设定纹波圆柱试验模型前方来流速度，根据前方来流速度计算远场总声压级，计算远场噪声总声压级增量，并带入以下公式计算纹波圆柱的纵横比r：；其中，拟合参数A0、B0通过实验建立数据库，计算时，采用插值计算获得。采用本发明专利技术的设计方法，能够快速有效地获得既能满足强度要求，又能够达到实验模型在最大来流速度情况下将噪音降低到要求范围内的降噪纹波圆柱。求范围内的降噪纹波圆柱。求范围内的降噪纹波圆柱。

【技术实现步骤摘要】
一种降噪纹波圆柱的设计方法及降噪纹波圆柱


[0001]本专利技术涉及气动噪声控制
，尤其是涉及一种降噪纹波圆柱的设计方法及降噪纹波圆柱。

技术介绍

[0002]空气中的气流绕过任何形状的物体都会产生气动噪声，特别是高速运动的飞机、高铁、风力机叶片与气流的相互作用，其产生的气动噪声是最主要的噪声源。因此，如何降低气动噪声，使环境变得更安静，对人类的健康生活具有十分重要的意义。为了降低气动噪声，最为直接的方法就是降低速度。但是，运行速度是高速运动物体的主要设计指标，通常不会轻易改变。相比之下，运动物体的外部形状却更容易调整或改变。因此，研究人员主要采用直接改变物体外形的方法或者局部改变物体表面流动的控制方法，来达到降低气动噪声的目的。前者是被动的降噪方法，比如，将运动物体的外形改为锯齿外形、波浪外形、仿生外形。后者是主动的降噪方法，比如，在物体表面采用吹气、吸气、气幕、等离子体激励和多孔结构以控制物体表面边界层的流动形态。这两种方法本质上都是改变了物体的外形，只不过一种是实际外形，而另一种是虚拟外形。相对而言，改变实际外形的被动降噪方法更为简单、直接、效果明显，目前正成为一种非常重要的降噪方法。
[0003]最早，研究人员将周期性的波纹形状用于增加升力、减少阻力的研究，其中包括了大量的数值模拟研究工作、实验研究工作、数值模拟和实验验证相互结合的研究工作，揭示了很多周期性波纹物面的流动机理。后来，研究人员又发现，这种周期性变化的波纹形状不仅可以减小阻力，还可以降低气动噪声。
[0004]目前，虽然有很多研究纹波管外形对降低气动噪声的影响，但是如何快速有效地设计降噪纹波圆柱的外形却鲜有报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种降噪纹波圆柱的设计方法，能够快速地获得满足降噪要求的降噪纹波圆柱。
[0006]一种降噪纹波圆柱的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S10. 设定纹波圆柱试验模型前方来流速度U0；S20. 获得纹波圆柱试验模型的远场噪声总声压级OASPL1；S30. 确定目标远场噪声总声压级OASPL2；S40. 计算远场噪声总声压级增量DOASPL=OASPL1ꢀ‑
OASPL2；S50. 将远场噪声总声压级增量代入以下公式，计算纹波圆柱的纵横比r：；其中，A0、B0为前方来流速度U0对应的拟合参数。
[0007]进一步地，在步骤S10前，通过实验建立前方来流速度Un与拟合参数An、Bn的对应
关系数据库：[Un]~[An、Bn]，其中，，N为自然数；通过插值计算获得设定纹波圆柱试验模型前方来流速度U0对应的拟合参数A0、B0。
[0008]进一步地，还包括步骤S60. 确定纹波圆柱的平均直径D
m
、最小直径D
min
或最大直径D
max
，计算振幅a：a=D
m
‑
D
min
，或 a=D
max
‑
D
m
，S61. 计算波长λ：。
[0009]进一步地，根据纹波圆柱的强度要求计算确定纹波圆柱的最小直径D
min
。
[0010]本专利技术还提供一种降噪纹波圆柱，采用如前所述的设计方法设计。
[0011]采用本专利技术的一种降噪纹波圆柱的设计方法和降噪纹波圆柱，相对于现有技术，至少具有以下有益效果：采用本专利技术的方法可以快速地设计出比较实用的波纹圆柱，使得其降噪的效果满足工程需求。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013]图1是本专利技术实施例的一种降噪纹波圆柱的设计方法的流程图；图2是本专利技术实施例的降噪纹波圆柱的外形结构示意图。
具体实施方式
[0014]以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本专利技术的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本专利技术，其仅作为例子，而并非用以限制本专利技术。
[0015]一种降噪纹波圆柱的设计方法，包括以下步骤：S10. 设定纹波圆柱试验模型前方来流速度U0；一般设定圆柱试验模型需要承受的最大来流速度为U0，例如高铁、动车的最高时速；S20. 获得纹波圆柱试验模型的远场噪声总声压级OASPL1；即在圆柱试验模型需要承受的最大来流速度下产生的远场噪声总声压级，可以通过试验测定，也可以通过模拟计算获得；S30. 确定目标远场噪声总声压级OASPL2；即设计需要达到的噪声目标值，一般根据应用场景的需要来设定所能够承受的最大噪声值；S40. 计算远场噪声总声压级增量DOASPL=OASPL1ꢀ‑
OASPL2；即需要降低的噪声总量；S50. 将远场噪声总声压级增量代入以下公式，计算纹波圆柱的纵横比r：；
其中，A0、B0为前方来流速度U0对应的拟合参数。
[0016]本专利技术中，申请人创造性地发现了在一定速度下，纹波圆柱的纵横比r与远场噪声总声压级增量DOASPL存在很好的拟合关系，如上式所示，因此，可以利用这种拟合关系进行反向推算，用于计算降噪纹波圆柱的特征尺寸。
[0017]当然，在设计之前，首先需要通过实验来建立前方来流速度Un与拟合参数An、Bn的对应关系数据库：[Un]~[An、Bn]，其中，，N为自然数；例如，U1=30m/s，，则A1=0.8467，B1=0.001008，即（U1）~（A1、B1）；当U2=40m/s，，则A2=0.7373，B2=0.0009575，即（U2）~（A2、B2）；当U3=50m/s，，则A3=0.7977，B3=0.0008926，即（U3）~（A3、B3）；当U4=60m/s，，则A4=0.804，B
14
=0.0009734，即（U4）~（A4、B4）；等等。
[0018]本领域技术人员知晓，数据库内的原始参数越多，则插值计算出来的计算结果越精确，因此，本领域技术人员可以根据实际需要选择建立原始数据库的参数数量。
[0019]插值计算是本领域的常用计算方法，根据实际情况选择采用外插法或内插法进行插值计算，例如在以上原始数据库的基础上，设定纹波圆柱试验模型前方来流速度U0=35m/s，采用内插法进行计算：；计算得到A0=0.792，B0=0.00098275；则，速度U0=35m/s时，通过下式计算纹波圆柱的纵横比r：S60. 确定纹波圆柱的平均直径D
m
、最小直径D
min
或最大直径D
max
，计算振幅a：a=D
m
‑
D
min
，或 a=D
max
‑
D
m
；纹波圆柱的外形如图2所示，其中，一般来说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降噪纹波圆柱的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S10. 设定纹波圆柱试验模型前方来流速度U0；S20. 获得纹波圆柱试验模型的远场噪声总声压级OASPL1；S30. 确定目标远场噪声总声压级OASPL2；S40. 计算远场噪声总声压级增量DOASPL=OASPL1ꢀ‑
OASPL2；S50. 将远场噪声总声压级增量代入以下公式，计算纹波圆柱的纵横比r：；其中，A0、B0为前方来流速度U0对应的拟合参数。2.根据权利要求1所示的一种降噪纹波圆柱的设计方法，其特征在于，在步骤S10前，通过实验建立前方来流速度Un与拟合参数An、Bn的对应关系数据库：[Un]~[An、Bn]，其中，，N为自然数；通过插值计算获得设定纹波圆柱试验模型前方来流速度U0对应的拟合参数A0、B0。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖春华，仝帆，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：