CN113436596B - 降噪装置和抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种降噪装置和抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法，涉及噪声控制技术领域，以解决现有技术对钝体绕流产生的纯音噪声抑制效果较差的技术问题。该降噪装置用于安装在钝体上，且该降噪装置包括柔性板，柔性板的一端设于钝体上；沿气流的来流方向，柔性板位于钝体的后方。本发明提供的降噪装置对钝体绕流产生的纯音噪声具有更好的抑制效果。

Description

降噪装置和抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法

技术领域

本发明涉及噪声控制技术领域，尤其涉及一种降噪装置和抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法。

背景技术

钝体绕流现象在日常生活与工程应用中广泛存在，受钝体的影响，流体流过钝体时会产生周期性的旋涡脱落现象，进而在钝体表面诱发周期性的强压力波动，产生偶极子声源。偶极子声源在远场辐射出的纯音噪声在频谱中表现为集中且尖锐的噪声峰，会使周围空间中的噪声水平急剧增加。例如，飞机起落架系统，高铁受电弓系统以及轿车后视镜等，都会产生因钝体绕流而带来的纯音噪声。

目前，为了抑制钝体绕流产生的纯音噪声，一般有三种方式，其一是在钝体沿来流方向的后部安装刚性隔板，对气流流过钝体产生的漩涡进行抑制，可以降低绕流产生的纯音噪声。其二是采用多孔材料包裹钝体进行降噪，有效降低钝体表面分离出的剪切层的强度，最终降低绕流纯音噪声。其三是，在钝体表面安装等离子激励器，由等离子激励器产生的等离子体驱动周围空气沿着钝体表面加速流动，产生壁面射流，对钝体绕流产生控制。

然而，目前的各种方式对钝体绕流产生的纯音噪声的抑制程度较差。

发明内容

为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本发明提供一种降噪装置和抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法，以能够较好的抑制钝体绕流产生的纯音噪声。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种降噪装置，用于安装在钝体上，所述降噪装置包括柔性板，所述柔性板的一端设于所述钝体上；

沿气流的来流方向，所述柔性板位于所述钝体的后方。

在一种可能的实施方式中，所述柔性板上设有刚性的安装部，所述安装部固定连接在所述钝体上。

在一种可能的实施方式中，所述安装部包括两个夹紧件，两个所述夹紧件沿所述柔性板的厚度方向间隔设置，所述柔性板位于两个所述夹紧件之间。

在一种可能的实施方式中，所述夹紧件呈板状；

所述夹紧件沿所述气流流向上的长度W1，与所述钝体的特征长度D的比值在20％以下；

和/或，所述夹紧件的厚度W2，与所述钝体的特征长度D的比值在5％以下。

在一种可能的实施方式中，所述柔性板的材料包括纤维增强聚氯乙烯基柔性膜材、PET基复合膜材或尼龙编织膜材中的一种或多种。

在一种可能的实施方式中，所述柔性板的厚度W3，与所述钝体的特征长度D的比值在3％以下；

和/或，所述柔性板沿所述气流流向上的长度L，与所述钝体的特征长度D的比值在0.5-2.0之间。

在一种可能的实施方式中，所述柔性板的弹性模量在1-1500Mpa之间。

第二方面，本发明提供了一种抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法，应用于上述的降噪装置，所述抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法包括以下步骤：

获取气流流过钝体的钝体绕流的速度场；

根据所述速度场确定所述钝体的钝体绕流的尾迹宽度和尾迹区的湍流动能分布；

根据所述尾迹宽度和所述尾迹区的湍流动能分布确定尾迹中脉动的整体强度；

根据所述尾迹中脉动的整体强度确定柔性板对钝体绕流产生的纯音噪声的抑制程度。

在一种可能的实施方式中，根据所述尾迹宽度和所述尾迹区的湍流动能强度确定尾迹中脉动的整体强度的步骤中，具体包括：

对所述湍流动能在所述尾迹宽度内沿垂向积分，确定所述尾迹中脉动的整体强度I_TKE沿流向x/L_r的变化曲线,且流向坐标x采用回流区长度L_r无量纲化。

在一种可能的实施方式中，根据所述尾迹中脉动的整体强度确定柔性板对钝体绕流纯音噪声的抑制程度的步骤中，具体包括：

对所述尾迹中脉动的整体强度I_TKE沿流向x/L_r的变化曲线的衰减阶段做幂律拟合；

其中，所述幂律拟合的模型为：I_TKE＝A×(x/L_r)^β；β为与所述钝体的结构相关的衰减指数；

根据所述幂律拟合的模型确定程度系数A；

根据所述程度系数A确定钝体绕流纯音噪声的抑制程度。

本发明提供的降噪装置，通过在钝体的后方设置柔性板，该柔性板能够抑制钝体绕流的漩涡脱落，降低钝体绕流尾迹区的整体脉动强度，从而能够对钝体绕流产生的纯音噪声具有较强的抑制效果。

本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例一提供的柔性板在圆柱形钝体上的布置示意图；

图2为本发明实施例一提供的柔性板在方柱形钝体上的布置示意图；

图3为本发明实施例一提供的柔性板在工字形钝体上的布置示意图；

图4为图1中A处的局部放大图；

图5为本发明实施例一提供的纤维增强聚氯乙烯基柔性膜材的示意图；

图6为本发明实施例一提供的多层纤维增强聚氯乙烯基柔性膜材结构示意图；

图7a为柔性板长度L与钝体特征长度D之比L/D为0.5，雷诺数Re＝5.74×10⁴时，气动噪声实验的测量结果；

图7b为柔性板长度L与钝体特征长度D之比L/D为1，雷诺数Re＝5.74×10⁴时，气动噪声实验的测量结果；

图7c为柔性板长度L与钝体特征长度D之比L/D为2，雷诺数Re＝5.74×10⁴时，气动噪声实验的测量结果；

图7d为柔性板长度L与钝体特征长度D之比L/D为1，雷诺数Re＝3.83×10⁴时，气动噪声实验的测量结果；

图8a为钝体安装刚性隔板时纯音噪声强度I_A随长度L/D的变化曲线；

图8b为钝体安装柔性板时纯音噪声强度I_A随长度L/D的变化曲线；

图8c为纯音噪声强度I_A随雷诺数Re的变化曲线；

图9a为未安装柔性板及刚性隔板时，钝体绕流尾迹中湍流动能TKE*的分布图；

图9b为安装L/D＝1.0的刚性隔板时，钝体绕流尾迹中湍流动能TKE*的分布图；

图9c为安装L/D＝1.0的柔性板时，钝体绕流尾迹中湍流动能TKE*的分布图；

图10为本发明实施例二提供的柔性板抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法的流程示意图；

图11为尾迹宽度w的示意图；

图12为无量纲尾迹宽度w/D沿流向x/L_r的变化曲线；

图13为湍流动能在尾迹宽度内的积分I_TKE。

附图标记说明：

1-钝体；2-柔性板；21-增强纤维；22-PVC薄膜；3-夹紧件。

具体实施方式

在气流流过钝体时，会产生周期性的旋涡脱落现象，进而在钝体表面诱发周期性的强压力波动，产生偶极子声源。偶极子声源在远场辐射出的纯音噪声在频谱中表现为集中且尖锐的噪声峰，会使周围空间中的噪声水平急剧增加。例如：飞机起落架系统，高铁受电弓系统以及轿车后视镜。在飞机起飞和降落时，机体噪声逐渐成为现代大型客机的主要噪声源。其中，由多种柱状钝体(梁，支柱，缆线等)构成的飞机起落架系统产生的气动噪声是机体噪声的主要成分，占比超过70％；

对于高铁，其气动噪声以行驶速度的6次方增长，而结构噪声增长率只有行驶速度的3次方，因此低速行驶时高铁主要噪声源为机械噪声，而当其速度超过250km/h以后，气动噪声则逐渐成为高铁噪声的主要成分，其中，由梁和柱组成的受电弓系统产生的噪声极为显著且尖锐。

对于家用轿车，噪声是评估其舒适程度的重要标准，当轿车行驶速度超过80km/h之后，因后视镜而产生的风噪就会变得相当显著。

目前，针对钝体绕流产生的纯音噪声，一般有三种抑制方法，其一是在钝体的沿气流来流方向的后部安装刚性隔板，对气流流过钝体产生的旋涡脱落进行抑制，可以降低绕流产生的纯音噪声。但刚性隔板一般采用金属材料制作以保证隔板的刚度，这会显著增加钝体所在结构的重量，例如在民用航空领域，客机设计对结构重量的增加十分敏感，重量的增加意味着更高的油耗，更高的成本及更短的航程；而且刚性隔板对钝体绕流产生的纯音噪声的抑制效果较差。

其二是采用多孔材料包裹钝体进行降噪，其中，多孔材料是对可透气性疏松材料的总称，典型的多孔材料如聚氨酯泡沫、多孔金属泡沫等。但采用多孔材料降噪时，多孔材料越厚，降噪效果越好，因此在实际工程应用中，要实现良好的降噪效果，需要在钝体外部包裹较厚的多孔材料，这会显著改变钝体的外形，增加钝体的体积，一方面会增加阻力，另一方面会影响传动部件的运行，如飞机起落架，可能需要重新进行结构和机构设计。而且，多孔材料包裹钝体对钝体绕流产生的纯音噪声的抑制效果较差。

其三是采用等离子体激励器控制钝体绕流噪声，等离子激励器产生覆盖在钝体表面的等离子体，等离子体的产生会向周围的空气施加力，驱动空气沿着钝体表面从裸露电极后缘开始向后加速流动，产生壁面射流，从而抑制钝体绕流的产生。但等离子体激励器是一种主动控制技术，依赖于外部能量的持续输入，增加能耗；等离子激励器需要额外的控制系统，会降低系统的可靠性；等离子体激励器在安装时，需要对金属钝体的表面做多层绝缘处理，极大的增加了制造工艺的难度，并且会增加结构重量；而且，当离子体激励器所在钝体为圆柱时，等离子激励器对钝体绕流产生的纯音噪声的抑制效果较差。

本发明提供了一种降噪装置，通过在钝体的后部沿流向安装柔性板，由柔性板对气流流过钝体产生的旋涡脱落进行抑制，能够较好的降低钝体绕流尾迹区的整体脉动强度，从而能够对钝体绕流产生的纯音噪声具有较强的抑制效果。而且，该柔性板结构简单，对钝体影响较小，无需外部能量输入，方便布置，对钝体所在结构或\和机构的重量影响较小。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本实施例下述所提到的方向中，流向是指沿气流来流方向，展向是指钝体的长度方向，或者说是其轴向，垂向是指同时与流向和展向垂直的方向，且流向，垂向和展向满足右手螺旋法则。下述时将用x表示流向坐标，用y表示垂向坐标，坐标原点定义为钝体截面形心所在位置。

实施例一

参考图1至图3所示，本发明实施例一提供了一种降噪装置，用于安装在钝体1上，该降噪装置包括柔性板2，该柔性板2的一端固设在钝体1上；且沿气流的来流方向，柔性板2位于钝体1的后方。

需要说明的是，该钝体1可以是如图1所示的截面为圆形的柱状物体，也可以是如图2所示的截面为方形的柱状物体，还可以是如图3所示的截面为工字形的柱状物体，或者是本领域技术人员已知的其它钝体结构，例如截面为多边形的柱状物体。

气流流过钝体1时，不能完全附着在钝体1表面，从而发生分离，在钝体1后部产生剧烈而宽阔的尾迹，并伴有旋涡脱落现象，也即钝体绕流。其中，旋涡脱落是指气流流过钝体1时发生分离，在钝体1两侧产生强剪切流动，即剪切层；剪切层在钝体1后部周期性卷起，形成旋转方向相反的大尺度旋涡结构，随后旋涡脱出并在尾流中向下游对流。

旋涡脱落将诱导产生纯音噪声，其中，纯音噪声是指在噪声频谱中，在很窄的频带范围内，集中且尖锐的噪声峰。

本实施例的降噪装置，通过在钝体1的后方安装一块柔性板2，能够抑制钝体绕流的旋涡脱落，降低绕流尾迹区整体的脉动强度，从而实现对钝体绕流产生的纯音噪声的高效抑制。

本实施例提供了一种较优的将柔性板2安装在钝体1上的结构，参考图1和图4所示，本实施例中，在柔性板2的一端上设有安装部，该安装部采用刚性材料制成，该安装部固定在钝体1上。

通过在柔性板2上设置上述刚性的安装部，由刚性的安装部与钝体1固定连接，能够较为方便的将柔性板2固定在钝体1上。

本实施例中，该安装部外凸于钝体1设置。通过将安装部外凸于钝体1设置，能够避免对钝体1自身的强度造成影响。

本实施例提供了一种结构较优的安装部，参考图4所示，本实施例的安装部包括两个刚性的夹紧件3，两个夹紧件3沿柔性板2的厚度方向间隔布置，柔性板2的一端夹紧固定在两个夹紧件3之间。

参考图4所示，柔性板2夹紧固定在两个夹紧件3之间的一种方式为：将柔性板2的前缘端部夹于两个夹紧件3之间，柔性板2与夹紧件3之间通过粘合剂粘合。

需要说明的是，柔性板2固定在两个夹紧件3之间的方式也可以为：两个夹紧件3之间通过螺栓副固定连接，或者通过铆接固定连接，只需能够保证夹紧件3与柔性板2紧密贴合即可。

参考图4所示，两个夹紧件3固定在钝体1上的一种方式为：两个夹紧件3分别焊接固定在钝体1上。

通过采用该种方式将夹紧件3固定在钝体1上，其具有以下优势，其一，无需对钝体1进行开槽或打孔，不会改变钝体1的刚度和强度，在实际应用时，无需对钝体1以及其所在结构或/和机构的强度做进一步校核。其二，对于已经加工成形或已经投入使用的钝体1，可以采用上述方式直接安装本实施例的降噪装置，无需对钝体1进行重新设计加工。

需要说明的是，夹紧件3也可采用粘接的方式固定在钝体1上；还可在制作钝体1时，将夹紧件3与钝体1一体成型。

本实施例中，上述的夹紧件3优选采用高强度的金属材料，例如夹紧件3的材料为45#钢，或者7系铝合金等。需要说明的是，夹紧件3也可采用高强度的复合材料，例如环氧树脂玻纤板等。

在上述的基础上，本实施例提供了一种优选的夹紧件3的结构，参考图4所示，本实施例的各夹紧件3呈板状，且夹紧件3在气流流向上的长度W1，与钝体1特征长度D的比值在20％以下；各夹紧件3的厚度W2，与钝体1特征长度D的比值在5％以下。也即W1/D的比值小于或者等于20％；该比值例如可以为5％、8％、11％、14％、17％或者20％中任一，还可以为20％以下的任一其它值。W2/D的比值小于或等于5％；该比值例如可以为2％、3％、4％或5％中任一，还可以为5％以下的其它值。需要说明的是，上述两个比值均优选为能够满足柔性板2在钝体1上稳固安装的较小值。

其中，钝体1的特征长度D指的是能够代表钝体1几何特征的长度，例如，对于如图1所示的截面为圆形的柱状钝体1，其特征长度D为圆形的直径；对于如图2所示的截面为方形的柱状钝体1，其特征长度D为方形的边长；对于截面为多边形的柱状钝体1，其特征长度为多边形外接圆的直径；对于截面为如图3所示的工字形的柱状钝体1，其特征长度D为工字形截面的高度。对于其他形状钝体的特征长度的定义，以本领域研究人员或技术人员所公认的特征长度标准为准。

通过按照上述的结构设置夹紧件3，能够在满足柔性板2于钝体1上安装的同时，使夹紧件3具有较轻的质量；同时，还能够有效避免夹紧件3降低柔性板2对钝体绕流产生的纯音噪声的抑制程度。

本实施例提供了一种较优的柔性板2，具体的来说，本实施例的柔性板2的材料为纤维增强聚氯乙烯基柔性膜材、PET基复合膜材或尼龙编织膜材中的一种或多种；且该柔性板2的材料优选为纤维增强聚氯乙烯基柔性膜材，参考图5所示，该纤维增强聚氯乙烯基柔性膜材呈“三明治”结构，其内部夹层为经纬编织的增强纤维21，然后由上下两层PVC薄膜22(聚氯乙烯)压合而成。采用纤维增强聚氯乙烯基柔性膜材的柔性板2，其抗拉强度和疲劳强度显著高于纯PVC膜材，能够有效防止柔性板2在钝体1尾迹中摆动时疲劳断裂。

在此基础上，本实施例进一步提供了一种结构较优的纤维增强聚氯乙烯基柔性膜材，其包括N层增强纤维21和N+1层PVC薄膜22，增加纤维层21与PVC薄膜层22间隔层叠设置，参考图6所示，图6中具体包括3层增强纤维21和4层PVC薄膜22，采用该种材料的柔性板2能够具有更高的抗拉强度和疲劳强度。

本实施例中，上述柔性板2的厚度W3，与钝体1特征长度D的比值W3/D在3％以下；且柔性板2在气流流向上的长度L,与钝体1特征长度D的比值L/D在0.5-2之间；也即是说，W3/D的比值小于或等于3％，例如其可以为1％、1.5％、2％、2.5％或3％，其还可以为3％以下的其它数值，只需其强度满足需求即可。L/D的比值在0.5-2之间，例如其可以为0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、1.75或2.0中任一，其也可以为0.5-2之间其它数值。且该L/D的比值进一步优选为1。

本实施例中，上述柔性板2的弹性模量优选在1-1500Mpa之间，其例如可以为1Mpa、200Mpa、400Mpa、600Mpa、800Mpa、1000Mpa、1200Mpa或者1500Mpa中之一，还可以为1-1500Mpa之间任一其它数值。

本实施例中，柔性板2在钝体1展向上的长度优选与钝体1展向的长度相等。

通过将柔性板2按照上述结构和形状设置，参考下述实验结果可知，本实施例的方案能够较好的抑制钝体绕流产生的纯音噪声。

针对不同工况下钝体绕流所产生噪声的声学风洞实验，其结果如图7a至图7d所示，图7a至7d为噪声声压的功率谱密度。图7a至图7d中，表征圆柱的线条指的是未在圆柱后部设置刚性隔板及柔性板2的工况，表征刚性板的线条指的是在圆柱的后部设置刚性隔板的工况，表征柔性板的线条指的是在圆柱的后部设置柔性板2的工况，St表示无量纲频率，PSD表示功率谱密度(Power Spectrum Density)。

本实施例中，用于进行实验的钝体1是直径D为30mm，轴向长度为1000mm的圆柱体，由7075铝合金制成。本实施例选用圆柱作为模型的原因是：气流流过圆柱时，随着来流速度的变化，绕流的分离点会随之变化，而气流流过方柱或多棱柱时，分离点一般固定不变，因此以圆柱为模型进行实验更具有代表性。

用于进行实验的柔性板2采用0.45mm厚的纤维增强PVC柔性膜材，弹性模量4.19Mpa，用于进行实验的刚性隔板采用同样厚度的金属板材，图7a至图7c中，柔性板2及刚性隔板在气流流向上的长度L与钝体1直径D的比值L/D依次为0.5、1.0和2.0。

图7a至图7c中，气流的来流速度均为30m/s，此时，基于钝体1直径的雷诺数(Reynolds number)Re＝5.74×10⁴。图7d中，柔性板2及刚性隔板的流向长度L与钝体1的直径D的比值L/D为1.0，气流的来流速度为20m/s，此时，基于钝体1直径的雷诺数Re＝3.83×10⁴。

由图7a至图7c可知，在同一雷诺数下，相比于未在圆柱后部设置刚性隔板及柔性板2的工况，长度在L/D＝0.5～2.0范围内的柔性板2均能显著抑制绕流纯音噪声尖峰，并且在L/D＝1.0时，抑制效果最佳。对于刚性隔板，由图7a和图7b可知，只有长度为L/D＝0.5和L/D＝1.0的刚性隔板能对纯音噪声产生抑制效果，并且刚性隔板对纯音噪声的抑制效果要弱于相同长度下的柔性板2，由图7c可知，长度为L/D＝2.0的刚性隔板不能对纯音噪声产生抑制效果，反而会使纯音噪声的峰值增加。

另外，由图7b和图7d中频谱的特征比较可知，在不同雷诺数时，也即气流的流速不同时，L/D＝1.0的柔性板2对纯音噪声的控制效果基本相同，且柔性板2对纯音噪声产生的抑制效果始终优于刚性隔板。

由此可见，柔性板2对钝体绕流产生的纯音噪声的抑制效果，在各种情况下均优于刚性隔板对钝体绕流产生的纯音噪声的抑制效果。

在此基础上，本实施例进一步研究了不同雷诺数的情况下，也即气流流速不同的情况下，不同长度的柔性板2对钝体1绕流产生的纯音噪声的强度I_A的抑制效果。本实施例对在不同雷诺数下得到的噪声频谱中的纯音噪声峰进行积分，在小于峰值10dB处截断，定量计算纯音噪声的强度I_A。图8a和图8b中分别给出了雷诺数Re＝3.83×10⁴～9.57×10⁴范围内，纯音噪声强度I_A随长度L/D的变化曲线，图8a和图8b图例中的数值代表对应曲线的具体雷诺数数值。由图8a和图8b可以看出，在不同雷诺数下，纯音噪声强度I_A随L/D的变化趋势基本一致，并且两种隔板对纯音噪声产生最佳降噪效果的长度均为L/D＝1.0。

图8c中进一步给出了钝体1未设置刚性隔板及柔性板的工况，以及在钝体1后部分别安装L/D＝1.0的刚性隔板和柔性板2的工况下，纯音噪声强度I_A随雷诺数Re的变化曲线。图8c表明，L/D＝1.0的刚性隔板及柔性板2显著地降低了钝体绕流的纯音噪声，并且柔性板2的降噪效果始终优于刚性隔板。刚性隔板使纯音噪声强度平均降低了14dB，而柔性板2使纯音噪声强度平度降低了18dB。

在此基础上，本实施例还研究了钝体1未安装柔性板2和刚性隔板的工况，钝体1安装刚性隔板的工况，以及钝体1安装柔性板2的工况，钝体1绕流尾迹中湍流动能TKE*的分布情况，其结果依次如图9a至图9c所示。图9a为未安装柔性板2及刚性隔板的工况；图9b为安装L/D＝1.0的刚性隔板的工况；图9c为安装L/D＝1.0的柔性板2的工况；其中，湍流动能(Turbulent kinetic energy)是描述流场中脉动强度的统计量，无量纲化后记为TKE*，在钝体尾迹中，湍流动能主要由旋涡脱落引起；x/D和y/D分别表示用圆柱直径D无量纲化的流向坐标和垂向坐标。

由图9a至图9c可知，相比于未安装柔性板2及刚性隔板的工况，安装柔性板2及刚性隔板后，绕流尾迹中湍流动能TKE*的峰值显著降低，湍流动能TKE*集中区域的面积显著缩小；并且，柔性板2使尾迹中湍流动能分布的垂向尺度显著收窄。在钝体绕流中，湍流动能表征旋涡脱落诱导出的脉动强度，因此，图9a至图9c的结果表明本发明在钝体沿流向的后部安装柔性板的方案在降低绕流噪声的同时，还能有效抑制钝体绕流尾迹区的脉动强度。

实施例二

在本发明实施例一的基础上，本发明实施例二提供了一种柔性板抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法，参考图10所示，其包括以下步骤：

S100、获取气流流过钝体的钝体绕流的速度场；

S200、根据速度场确定钝体的钝体绕流的尾迹宽度和尾迹区的湍流动能分布；

S300、根据尾迹宽度和尾迹区的湍流动能分布确定尾迹中脉动的整体强度；

S400、根据尾迹中脉动的整体强度确定柔性板对钝体绕流产生的纯音噪声的抑制程度。

本实施例中，获取气流流过钝体的钝体绕流的速度场步骤中，具体是通过粒子图像测速技术测量钝体绕流的速度场，其中，速度场指的是流场中每一点的速度。对同一工况，至少需要获得不同时刻连续采样的2000帧速度场。需要指出的是，通过粒子图像测速技术获取流场的速度场的方式可采用现有成熟技术，在此对其不再详述。

由钝体绕流的速度场能够计算得出钝体绕流的尾迹宽度、回流区长度和尾迹区的湍流动能分布；本实施例中，参考图11所示，钝体绕流的尾迹宽度w定义为速度亏损减小至最大亏损U_d的一半时，当地速度型的宽度，尾迹宽度w可以用来表征尾迹区脉动分布的垂向尺度。需要说明的是，对尾迹宽度w的计算方法可以一般化为：速度亏损减小至最大亏损U_d的k倍时当地速度型宽度，k的取值范围为0～0.5，k越小，计算所得尾迹宽度w越宽，但k的取值不会改变上述算法对不同隔板降噪效果的定性评估结果。

图12中给出了三个典型工况对应的尾迹宽度沿流向的变化曲线，即钝体未安装柔性板及刚性隔板的工况，以及分别安装长度L/D＝1.0的刚性隔板和柔性板的工况，图中，x表示流向，y表示垂向。由图12可知，安装刚性隔板工况的尾迹宽度显著大于未安装柔性板及刚性隔板的工况的尾迹宽度；而安装柔性板工况的尾迹宽度小于未安装柔性板及刚性隔板的工况的尾迹宽度；这表明安装刚性隔板会使尾迹区脉动分布的垂向尺度增加，而安装柔性板则能有效减小脉动分布的垂向尺度。上述三个典型工况对应的尾迹区湍流动能分布依次如图9a-9c所示。

需要说明的是，图12中，流向坐标x采用回流区长度L_r进行无量纲处理，原因在于：回流区长度L_r能更好地描述钝体1尾迹特征沿流向变化的普遍规律；其中，回流区指流体流过钝体后，在钝体后部形成的逆流区域，这一区域内流动方向与主流方向相反，流体从下游向上游流动，回流区长度定义为时间平均流场中，回流区沿流向的长度，记为L_r。采用回流区长度L_r无量纲的流向坐标同样给出在了图9a-9c中。在之后的叙述中，如无特殊说明，流向坐标x均采用回流区长度L_r进行无量纲化。

根据尾迹宽度和尾迹区湍流动能分布确定尾迹中脉动的整体强度的步骤包括：

对钝体1绕流尾迹区的湍流动能分布(图9a-9c)在尾迹宽度范围内沿垂向积分，确定如图13所示的尾迹脉动的整体强度I_TKE沿流向x/L_r的变化曲线。

在此基础上，根据尾迹中脉动的整体强度确定柔性板2对钝体绕流纯音噪声的抑制程度的步骤包括：

对尾迹脉动的整体强度I_TKE沿流向x/L_r的变化曲线的衰减阶段做幂律拟合，具体在本实施例中，衰减阶段为x/L_r＞2的阶段。

其中，幂律拟合的模型为：I_TKE＝A×(x/L_r)^β；β为与钝体截面形状相关的衰减指数；对于不同截面的钝体，β的取值范围为β＝-1.2～0，本例中，对圆柱钝体，β取-0.9可以得到最佳拟合结果。

根据幂律拟合模型确定程度系数A；

根据程度系数A确定柔性板2抑制钝体绕流纯音噪声的程度。

具体的来说，程度系数A越低，则表明对钝体绕流纯音噪声的抑制程度越好。

钝体采用实施例一气动噪声实验所用的钝体，气流速度为20m/s，雷诺数Re＝3.83×10⁴。对未安装刚性隔板及柔性板的工况、安装L/D＝1的刚性隔板的工况以及安装L/D＝1的柔性板的工况，按照本实施例的方法，所得到的程度系数A的值分别为0.398，0.274和0.258，如图13所示，说明相比于未安装刚性隔板及柔性板的圆柱的工况，安装柔性板2或刚性隔板均显著抑制了绕流纯音噪声，并且柔性板2对纯音噪声的抑制程度优于刚性隔板对纯音噪声的抑制程度，与实施例一气动噪声实验的结果一致(如图8c所示)。

需要说明的是，该方法优选应用于隔板长度较短的情况，例如应用于长度L/D≤1.0的隔板抑制纯音噪声程度的判断；且该方法适用于定性判断不同隔板对同种钝体的降噪效果，对于截面形状不同的钝体，其衰减常数β不同，也就不能通过程度系数A进行比较。其中，上述的不同隔板，可以是隔板的材料不同，可以是隔板的长度不同，可以是隔板的厚度不同，也可以是隔板的柔性或\和隔板的刚度不同。

能够通过上述的尾迹中脉动的整体强度确定柔性板2和\或刚性隔板对钝体绕流纯音噪声的抑制程度的原因在于：钝体绕流的纯音噪声源于旋涡脱落在钝体表面诱发的偶极子声源，因此旋涡脱落越强，则气流流过钝体时辐射出的纯音噪声越强。另一方面，钝体绕流尾迹中的流场脉动主要源于旋涡脱落对流场的扰动，同样的，旋涡脱落越强，则绕流尾迹中脉动的整体强度越强。因此，旋涡脱落强度，纯音噪声强度与尾迹中脉动的整体强度之间存在着强正相关性；因此，可以通过对尾迹中脉动整体强度的考察，近似评估隔板的降噪程度。

由于测量噪声需要专业的声学风洞，但目前国内外专业的声学风洞设备很少，使用成本十分高昂。因此，相比于直接在声学风洞中测量噪声以评估不同隔板抑制钝体绕流产生的纯音噪声的程度，本实施例中通过粒子图像测速技术获取尾迹流场的连续采样速度场，进而计算尾迹中脉动的整体强度I_TKE沿流向x/L_r衰减的程度系数A，以评估隔板抑制钝体绕流产生的纯音噪声的程度，此方法不受声学风洞的限制，较为方便，并具有较低的成本。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。术语“隔板”应做广义理解，指实施例中所描述的柔性板2和\或刚性隔板，也指与本发明柔性板2或刚性隔板相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法，其特征在于,应用于降噪装置，所述抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法包括以下步骤：

获取气流流过钝体的钝体绕流的速度场；

根据所述速度场确定所述钝体的钝体绕流的尾迹宽度和尾迹区的湍流动能分布；

根据所述尾迹宽度和所述尾迹区的湍流动能分布确定尾迹中脉动的整体强度，具体包括：

对所述湍流动能在所述尾迹宽度内沿垂向积分，确定所述尾迹中脉动的整体强度I_TKE沿流向x/L_r的变化曲线,且流向坐标x采用回流区长度L_r无量纲化；

根据所述尾迹中脉动的整体强度确定柔性板对钝体绕流产生的纯音噪声的抑制程度，具体包括：

对所述尾迹中脉动的整体强度I_TKE沿流向x/L_r的变化曲线的衰减阶段做幂律拟合；

其中，所述幂律拟合的模型为：I_TKE＝A×(x/L_r)^β；β为与所述钝体的结构相关的衰减指数；

根据所述幂律拟合的模型确定程度系数A；

根据所述程度系数A确定钝体绕流纯音噪声的抑制程度。

2.一种降噪装置，用于安装在钝体上，其特征在于，采用上述权利要求1所述的抑制钝体绕流纯音噪声程度的确定方法，所述降噪装置包括柔性板，所述柔性板的一端设于所述钝体上；

沿气流的来流方向，所述柔性板位于所述钝体的后方。

3.根据权利要求2所述的降噪装置，其特征在于：所述柔性板上设有刚性的安装部，所述安装部固定连接在所述钝体上。

4.根据权利要求3所述的降噪装置，其特征在于：所述安装部包括两个夹紧件，两个所述夹紧件沿所述柔性板的厚度方向间隔设置，所述柔性板位于两个所述夹紧件之间。

5.根据权利要求4所述的降噪装置，其特征在于：所述夹紧件呈板状；

所述夹紧件沿所述气流流向上的长度W1，与所述钝体的特征长度D的比值在20％以下；

和/或，所述夹紧件的厚度W2，与所述钝体的特征长度D的比值在5％以下。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的降噪装置，其特征在于：所述柔性板的材料包括纤维增强聚氯乙烯基柔性膜材、PET基复合膜材或尼龙编织膜材中的一种或多种。

7.根据权利要求2-5中任一项所述的降噪装置，其特征在于：所述柔性板的厚度W3，与所述钝体的特征长度D的比值在3％以下；

和/或，所述柔性板沿所述气流流向上的长度L，与所述钝体的特征长度D的比值在0.5-2.0之间。

8.根据权利要求2所述的降噪装置，其特征在于：所述柔性板的弹性模量在1-1500Mpa之间。

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