DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v20r444

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

Авторы

  • К.Н. Волков
  • В.Н. Емельянов
  • А.И. Цветков
  • П.С. Чернышов

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.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2020-01-11

Выпуск

Том 20 (2019): Выпуск 4.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

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

Библиографические ссылки

  1. G. Raman, “Supersonic Jet Screech: Half-Century from Powell to the Present,” J. Sound Vib. 225 (3), 543-571 (1999).
  2. A. S. Ginevskii, E. V. Vlasov, and R. K. Karavosov, Acoustic Control of Turbulent Jets (Fizmalit, Moscow, 2001) [in Russian].
  3. C. Chin, M. Li, C. Harkin, et al., “Investigation of the Flow Structures in Supersonic Free and Impinging Jet Flows,” J. Fluids Eng. 135 (2013).
    doi 10.1115/1.4023190
  4. K. N. Volkov, V. N. Emel’yanov, and V. A. Zazimko, Turbulent Jets: Static Models and Simulation of Large Eddies (Fizmalit, Moscow, 2014) [in Russian].
  5. V. Zapryagaev, N. Kiselev, and D. Gubanov, “Shock-Wave Structure of Supersonic Jet Flows,” Aerospace 5 (2018).
    doi 10.3390/aerospace5020060
  6. V. M. Boyko, A. V. Dostovalov, V. I. Zapryagaev, et al., “Investigation of Supersonic Nonisobaric Jet Structure,” Uchen. Zap. TsAGI 41 (2), 44-58 (2010) [TsAGI Sci. J. 41 (2), 187-205 (2010)].
  7. B. Emami, M. Bussman, and H. Tran, “Application of Realizability and Shock Unsteadiness to k–ε Simulations of Under-Expanded Axisymmetric Supersonic Free Jets,” J. Fluid Eng. 132 (2010).
    doi 10.1115/1.4001341
  8. D. S. Nichols, “Accounting for Shocks in the KEKW Turbulence Model,” AIAA Paper (2011).
    doi 10.2514/6.2011-3573
  9. Y. H. Oh and D. M. Bushnell, Influence of External Disturbances and Compressibility on Free Turbulent Mixing , NASA Report SP-347 (NASA Langley Research Center, Hampton, 1975).
  10. S. Sarkar, Modeling the Pressure-Dilatation Correlation , NASA Report CR-187566 (NASA Langley Research Center, Hampton, 1991).
  11. A. T. Thies and C. K. W. Tam, “Computation of Turbulent Axisymmetric and Nonaxisymmetric Jet Flows Using the K–ε Model,” AIAA J. 34 (2), 309-316 (1996).
  12. C. K. W. Tam and L. Auriault, “Jet Mixing Noise from Fine-Scale Turbulence,” AIAA J. 37 (2), 145-153 (1999).
  13. A. Khavaran, D. C. Kenzakowski, and A. F. Mielke-Fagan, “Hot Jets and Sources of Jet Noise,” Int. J. Aeroacoust. 9 (4-5), 491-532 (2010).
  14. M. M. A. Alam, T. Setoguchi, S. Matsuo, and H. D. Kim, “Nozzle Geometry Variations on the Discharge Coefficient,” Propul. Power Res. 5 (1), 22-33 (2016).
  15. J.-H. Kim, M. Kearney-Fischer, M. Samimy, and S. Gogineni, “Far-Field Noise Control in Supersonic Jets From Conical and Contoured Nozzles,” J. Eng. Gas Turbines Power 133 (2011).
    doi 10.1115/1.4002811
  16. V. N. Emelyanov, A. I. Tsvetkov, and K. N. Volkov, “Mechanism of Generation and Sources of Noise in Supersonic Jets,” J. Akustika 32, 144-150 (2019).
  17. V. N. Emelyanov, A. V. Pustovalov, and K. N. Volkov, “Supersonic Jet and Nozzle Flows in Uniform-Flow and Free-Vortex Aerodynamic Windows of Gas Lasers,” Acta Astronaut. 163, Part A, 232-243 (2019).
  18. C. K. W. Tam, “Supersonic Jet Noise,” Annu. Rev. Fluid Mech. 27, 17-43 (1995).
  19. J. E. Ffowcs Williams, “The Noise from Turbulence Convected at High Speed,” Philos. Trans. R. Soc. Lond. A. Math. Phys. Sci. 255, 469-503 (1963).
  20. O. M. Phillips, “On the Generation of Sound by Supersonic Turbulent Shear Layers,” J. Fluid Mech. 9 (1), 1-28 (1960).
  21. C. K. W. Tam, P. Chen, and J. M. Seiner, “Relationship between the Instability Waves and Noise of High-Speed Jets,” AIAA J. 7 (30), 1747-1752 (1992).
  22. M. E. Goldstein, “An Exact Form of Lilley’s Equation with Velocity Quadrupole/Temperature Dipole Source Term,” J. Fluid Mech. 443, 231-236 (2001).
  23. M. Harper-Bourne and M. J. Fisher, “The Noise from Shock Waves in Supersonic Jets,” in Proc. AGARD Conference on Noise Mechanisms (Adv. Group Aero. Res. Dev., Brussels, 1973), Vol. 2, No. 131, pp. 11-1-11-13.
  24. T. D. Norum and J. M. Seiner, “Broadband Shock Noise from Supersonic Jets,” AIAA J. 20 (1), 68-73 (1982).
  25. M. B. Alkislar, A. Krothapalli, and L. M. Lourenco, “Structure of a Screeching Rectangular Jet: A Stereoscopic Particle Image Velocimetry Study,” J. Fluid Mech. 489, 121-154 (2003).
  26. R. Farr, C.-L. Chang, J. H. Jones, and N. S. Dougherty, “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. V. L. Bakulev and A. M. Vorobyov, “Suppression of Supersonic Block Jets Noise by Water Injection,” Vestn. St. Petersburg Univ., Ser. 1. 2 (3), 415-425 (2015).
  28. F. Farassat, “Linear Acoustic Formulas for Calculation of Rotating Blade Noise,” AIAA J. 19 (9), 1122-1130 (1981).
  29. F. Farassat, “Prediction of Advanced Propeller Noise in the Time Domain,” AIAA J. 24 (4), 578-584 (1986).
  30. K. S. Brentner and F. Farassat, “Analytical Comparison of the Acoustic Analogy and Kirchhoff Formulation for Moving Surfaces,” AIAA J. 36 (8), 1379-1386 (1998).
  31. K. Volkov, “Multigrid and Preconditioning Techniques in CFD Applications,” in CFD Techniques and Thermo-Mechanics Applications (Springer, Cham, 2018), pp. 83-149.

Лицензия

Copyright (c) 2019 Вычислительные методы и программирование

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.