多棱柱绕流气动噪声试验研究

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30292

气动噪声专栏

本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索

前一篇 |

多棱柱绕流气动噪声试验研究

张栩齐, 刘宇()

南方科技大学力学与航空航天工程系，深圳 518055

收稿日期:2024-02-18 修回日期:2024-03-31 接受日期:2024-04-22 出版日期:2024-05-10 发布日期:2024-05-08
通讯作者: 刘宇 E-mail:liuy@sustech.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(12111530102);英国皇家学会基金(IEC/NSFC/201061)

Experimental study of aerodynamic noise of flow around polygonal cylinders

Xuqi ZHANG, Yu LIU()

Department of Mechanics and Aerospace Engineering，Southern University of Science and Technology，Shenzhen 518055，China

Received:2024-02-18 Revised:2024-03-31 Accepted:2024-04-22 Online:2024-05-10 Published:2024-05-08
Contact: Yu LIU E-mail:liuy@sustech.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(12111530102);Royal Society International Exchange(IEC/NSFC/201061)

摘要/Abstract

摘要：

通过风洞试验开展多棱柱绕流远场气动噪声测试并进行分析。由于多棱柱存在离散边、点，试验在引入攻角影响后分别在角对来流及面对来流2种条件下进行。考虑多棱柱的应用场景，试验雷诺数选择在基于外接圆直径的亚临界雷诺数区间2×10⁴~8×10⁴进行。分析不同多棱柱构型的远场噪声功率谱密度（PSD）和总声压级特性规律（OASPL），并探索相较于圆柱是否存在降噪潜力。试验结果表明，多数多棱柱绕流产生以单个纯音为主导的噪声频谱，其总声压级符合基于偶极子噪声标度律的速度6次方定律，但边数为16的多棱柱在超过一定雷诺数后并不满足此规律，推测是由流动转捩造成。此外，边数为3和4的多棱柱在角对来流以及为5的多棱柱在面对来流时相较于圆柱有一定的降噪效果。

关键词: 多棱柱, 气动噪声, 圆柱, 偶极子声源, 声学风洞试验

Abstract:

In this study， wind tunnel experiments are conducted to investigate and analyze the far-field noise of the flow around polygonal cylinders within a Reynolds number range of 2×10⁴–8×10⁴. Considering the influence of angle of attack， two conditions are selected： flow incidence on corner or face. The characteristics of the Power Spectral Density （PSD） and the Overall Sound Pressure Level （OASPL） of far-field noise are analyzed. The potential for noise reduction compared to that of a circular cylinder is discussed. The results indicate that the majority of the flow spectra of polygonal cylinders are dominated by a pure tone， and the OASPL conforms to the sixth-power law of velocity based on the scaling law of dipole source. However， the sixteen-sided cylinder deviates from this law at high Reynolds number， suggesting the influence of transition. The triangular and square cylinders show some noise reduction effects for the corner orientation flow， while the five-sided cylinder exhibits noise reduction effects for the face-oriented flow.

Key words: polygonal cylinder, aerodynamic noise, circular cylinder, dipole source, acoustics wind tunnel test

中图分类号:

V211.7

张栩齐, 刘宇. 多棱柱绕流气动噪声试验研究[J]. 航空学报, 2024, 45(23): 630292.

Xuqi ZHANG, Yu LIU. Experimental study of aerodynamic noise of flow around polygonal cylinders[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(23): 630292.

图/表 10

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

图 10

参考文献 24

1	VON KÁRMÁN T. Aerodynamics： Selected topics in the light of their historical development［M］. Mineola： Dover Publications， 2004.
2	WILLIAMSON C. Vortex dynamics in the cylinder wake［J］. Annual Review of Fluid Mechanics， 1996， 28： 477-539.
3	ZPRAVKOVICH M M. Flow around circular cylinders： Volume 2： Applications［M］. Illustrated ed. Oxford： Oxford University Press， 2003.
4	CASALINO D， JACOB M. Prediction of aerodynamic sound from circular rods via spanwise statistical modelling［J］. Journal of Sound and Vibration， 2003， 262（4）： 815-844.
5	NORBERG C. Interaction between freestream turbulence and vortex shedding for a single tube in cross-flow［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics， 1986， 23： 501-514.
6	MARYAMI R， AZARPEYVAND M， DEHGHAN A A， et al. An experimental investigation of the surface pressure fluctuations for round cylinders［J］. Journal of Fluids Engineering， 2019， 141（6）： 061203.
7	PARNAUDEAU P， CARLIER J， HEITZ D， et al. Experimental and numerical studies of the flow over a circular cylinder at Reynolds number 3900［J］. Physics of Fluids， 2008， 20（8）： 85101-85101-14 .
8	XU S J， ZHANG W G， GAN L， et al. Experimental study of flow around polygonal cylinders［J］. Journal of Fluid Mechanics， 2017， 812： 251-278.
9	SKEWS B W. Autorotation of many-sided bodies in an airstream［J］. Nature， 1991， 352： 512-513.
10	SKEWS B W. Autorotation of polygonal prisms with an upstream vane［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics， 1998， 73（2）： 145-158.
11	BOSCH H R， GUTERRES R M. Wind tunnel experimental investigation on tapered cylinders for highway support structures［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics， 2001， 89（14-15）： 1311-1323.
12	MASOUDI E， GAN L， SIMS-WILLIAMS D. Large eddy simulation of incident flows around polygonal cylinders［J］. Physics of Fluids， 2021， 33（10）： 105112.
13	MASOUDI E， SIMS-WILLIAMS D， GAN L. Flow separation from polygonal cylinders in an incident flow［J］. Physical Review Fluids， 2023， 8： 014701.
14	WANG Q Y， XU S J， GAN L， et al. Scaling of the time-mean characteristics in the polygonal cylinder near-wake［J］. Experiments in Fluids， 2019， 60（12）： 181.
15	WANG Q Y， GAN L， XU S J， et al. Vortex evolution in the near wake behind polygonal cylinders［J］. Experimental Thermal and Fluid Science， 2020， 110： 109940.
16	IGLESIAS E L， THOMPSON D J， SMITH M G. Experimental study of the aerodynamic noise radiated by cylinders with different cross-sections and yaw angles［J］. Journal of Sound and Vibration， 2016， 361： 108-129.
17	PORTEOUS R， MOREAU D J， DOOLAN C J. The aeroacoustics of finite wall-mounted square cylinders［J］. Journal of Fluid Mechanics， 2017， 832： 287-328.
18	YANG Y N， LIU Y， LIU R， et al. Design， validation， and benchmark tests of the aeroacoustic wind tunnel in SUSTech［J］. Applied Acoustics， 2021， 175： 107847.
19	WELCH P D. The use of fast Fourier transform for the estimation of power spectra： A method based on time averaging over short， modified periodograms‍［J］. IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics， 1967， 15（2）： 70-73.
20	INOUE O， HATAKEYAMA N. Sound generation by a two-dimensional circular cylinder in a uniform flow［J］. Journal of Fluid Mechanics， 2002， 471（1）： 285-314.
21	BAI H L， LU Z B， WEI R K， et al. Noise reduction of sinusoidal wavy cylinder in subcritical flow regime［J］. Physics of Fluids， 2021， 33（10）： 105120.
22	GEYER T F， SARRADJ E. Circular cylinders with soft porous cover for flow noise reduction［J］. Experiments in Fluids， 2016， 57（3）： 30.
23	PHILLIPS O M. The intensity of Aeolian tones［J］. Journal of Fluid Mechanics， 1956， 1： 607-624.
24	GEYER T F. Experimental evaluation of cylinder vortex shedding noise reduction using porous material［J］. Experiments in Fluids， 2020， 61（7）： 153.

E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

关于我们

期刊社服务

专业学科

封面文章

友情链接

主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

[1]	马锦超, 陆洋, 王亮权, 宋奎辉. 基于高阶谐波控制的倾转旋翼近场气动噪声主动控制试验[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 528602-528602.
[2]	刘琦, 史勇杰, 胡志远, 徐国华. 共轴刚性旋翼气动及噪声特性的参数影响分析[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 528856-528856.
[3]	祁浩天, 王亮权, 张卫国, 刘超凡, 濮天梅. 旋翼间距对共轴刚性旋翼气动噪声的影响[J]. 航空学报, 2024, 45(21): 130153-130153.
[4]	牟彬杰, 蒋劲松, 杨堃, 付焕兵, 孟德虹, 金伟. 战斗机进气道结构声疲劳设计方法[J]. 航空学报, 2024, 45(14): 229603-229603.
[5]	王伟琪, 陈希, 招启军. 地效环境下悬停状态直升机旋翼桨/涡干扰噪声特性[J]. 航空学报, 2024, 45(12): 129196-129196.
[6]	周易, 陈建, 韩宇, 张悦, 贾凤聪. 基于鱼类交互行为的鱼类集群规则[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729793-729793.
[7]	唐论, 余圣甫, 郑博, 史玉升, 陈颖. 圆柱面点阵自生Al₂O₃铝合金粉芯丝材开发及应用[J]. 航空学报, 2023, 44(9): 626864-626864.
[8]	张子佩, 赵钟, 陈坚强, 刘健, 邓小兵. 风雷软件LES开发设计与验证[J]. 航空学报, 2023, 44(6): 127171-127171.
[9]	王宇, 徐宏达, 李昊, 李昌. 双功能梯度碳纳米管增强复合材料旋转圆柱壳的振动分析[J]. 航空学报, 2023, 44(13): 227827-227827.
[10]	冈敦殿, 易仕和, 米琦, 牛海波. 超声速湍流边界层与圆柱相互作用试验[J]. 航空学报, 2022, 43(1): 626104-626104.
[11]	刘延斌, 邓增辉, 桑得雨. V形兜孔圆柱滚子轴承的高速动态性能[J]. 航空学报, 2021, 42(7): 424135-424135.
[12]	刘远强, 王艳冰, 项松, 王梦琪. 面向电动飞机应用的不同叶尖螺旋桨噪声特性[J]. 航空学报, 2021, 42(3): 624567-624567.
[13]	郑金涛, 邓四二, 张文虎, 党晓勇. 航空发动机主轴滚子轴承非典型失效机理[J]. 航空学报, 2020, 41(5): 423347-423347.
[14]	梁勇, 陈迎春, 赵鲲, 孙静, 卢翔宇, 赵昱. 锯齿单元对起落架/舱体耦合噪声抑制试验[J]. 航空学报, 2019, 40(8): 122932-122932.
[15]	李锦, 耿湘人, 陈坚强, 江定武, 李红喆. DSMC量子动理学化学反应模型的数值模拟[J]. 航空学报, 2019, 40(4): 122176-122176.

多棱柱绕流气动噪声试验研究

Experimental study of aerodynamic noise of flow around polygonal cylinders

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 10

参考文献 24

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价