【摘 要】
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流激空腔引起的低频线谱是流固耦合噪声中的一类典型问题。这一问题不仅在空气管道中存在,在水下航行器中也普遍存在,亟需得到有效地抑制。本文以低马赫数下的通风管道为研究对象,采用数值和实验相结合的方法研究了流腔耦合线谱噪声的特性。在此基础上,采用自适应控制算法对线谱噪声进行了控制实验,验证了有源噪声控制技术对于流腔耦合线谱噪声控制的有效性。具体创新性的工作如下:(1)建立了流腔耦合线谱噪声的实验系统,设
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流激空腔引起的低频线谱是流固耦合噪声中的一类典型问题。这一问题不仅在空气管道中存在,在水下航行器中也普遍存在,亟需得到有效地抑制。本文以低马赫数下的通风管道为研究对象,采用数值和实验相结合的方法研究了流腔耦合线谱噪声的特性。在此基础上,采用自适应控制算法对线谱噪声进行了控制实验,验证了有源噪声控制技术对于流腔耦合线谱噪声控制的有效性。具体创新性的工作如下:(1)建立了流腔耦合线谱噪声的实验系统,设计了传声器的安装结构与位置,发现了线谱噪声是一种流腔耦合现象,产生于流激励,而不是管内的声学响应。并从空腔深度、来流速度和空腔后端管路长度分析其对线谱频率的影响。结果表明:线谱频率随空腔深度增大而减小,同时来流速度也减小;线谱频率随空腔后端管路长度增大而增大,相应来流速度也增大。(2)采用大涡模拟和FW-H方程结合的方法探究了流腔耦合线谱噪声的产生机理。一方面,流场仿真结果表明,流激空腔所产生的湍流涡不仅存在空腔内部,而且会受主管道流动的影响,在空腔后端管路产生流速较高的涡。另一方面,声场仿真结果表明,线谱频率的仿真与实验结果吻合较好,不同空腔深度下的线谱频率仿真与实验结果误差在3%左右,验证了方法的有效性。(3)利用有源噪声控制技术对线谱噪声进行主动控制。建立了线谱噪声的主动控制系统,基于Fx LMS算法实施控制,并通过实验验证了主动控制系统的有效性。实验结果表明:主动控制系统可有效抑制管路上下游的线谱噪声能量,基频与谐频噪声分别可实现11d B和6d B以上的降噪效果;参考信号频率在一定范围内取值系统都会有控制效果,且最优参考信号频率与线谱噪声的频率往往有较大差异;控制系统在控制基频线谱噪声的同时,也能有效降低谐频处的噪声。这些特性与声场激励下的线谱噪声完全不同,表明流腔耦合线谱噪声具有强烈的非线性特征。
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