一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法

本发明属于声源识别，更具体地，涉及一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法。

背景技术：

1、叶轮机械气动噪声声源的识别研究对于深入分析气动噪声的产生机理以及噪声控制机理具有十分重要的意义。众所周知，基于声比拟理论气动噪声的源项可分为由湍流引起的四极子源、作用在流固边界上的偶极子源及单极子源三类。其中，在亚音速流动下，与固体壁面压力脉动关联的偶极子源是最主要的噪声来源。因此，壁面压力脉动幅值通常被作为声源识别的主要判据，这种方法在飞机起落架声源强度判断、水下螺旋桨声源的研究、船用螺旋桨旋转叶片及旋转轮毂区域的声源识别中有广泛的应用。另一方面，一些学者以壁面压力脉动的时间偏导数作为声源识别判据，该方法在研究压气机、风扇以及在螺旋桨叶片声源识别的研究中也被广泛的应用。

2、然而，上述两种识别方法仅适用于静止固体边界的声源识别。实际中，旋转偶极子源辐射声音的影响因素远比静止偶极子源更为复杂，其不仅包括壁面压力脉动的幅值还包括力的方向以及运动的ma数。但是，现有的基于壁面压力脉动和压力脉动时间偏导数的方法均不具备精确识别旋转叶片偶极子源强度的能力，因此，有必要发展一种更完备的旋转叶片偶极子声源强度识别方法，来避免实际工程应用对声源强度和位置的误判。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法，其目的在于提高叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别精度。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法，包括：

3、s1、对叶轮机械旋转叶片壁面划分网格节点，获取旋转叶片壁面上各网格节点的压力脉动时域信息；

4、s2、采用基于farassat的频域声压和声振速公式，依次对旋转叶片壁面上每个节点的压力脉动时域信息进行时间积分，计算获取该节点辐射声波在预设观察面上各观察点处的频域声压和声振速；

5、s3、基于每个节点在在预设观察面上各观察点处的频域声压和声振速，计算得到该节点的频域有功声强，对各观察点上的频域有功声强在预设观察面上进行积分，获取壁面该节点的频域声功率，作为该节点声源声辐射能力，完成叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法。

6、进一步，s2中，每个网格节点辐射声波在预设观察面上各观察点处的频域声压的计算方式为：

7、利用每个网格节点的壁面压力脉动时域信息，计算该网格节点上的空间平均压力时域信息p；

8、通过公式li＝(p-p0)ni，计算旋转叶片壁面上压力的第i个方向上各个网格节点处的偶极子声源局部脉动力强度分量时域信息li，式中，ni是指向数据表面的第i个方向上的单位向量，p0表示预设的参考压力或远场压力；

9、将偶极子声源压力脉动力时域信息li，转换成压力脉动力频域信息li(ω)；采用基于farassat的频域声压公式，对旋转叶片壁面单节点依次计算旋转叶片偶极子声源辐射声波的频域声压

10、进一步，所述基于farassat的频域声压公式为：

11、

12、式中，ω表示角频率，表示压力脉动力频域信息li(ω)在辐射方向i上的分量，式中，表示压力脉动力频域信息li(ω)在辐射方向i上的分量；r＝|x-y(τ)|为旋转叶片单个网格节点和预设观察面上单个静止观察点之间的瞬时距离，x为声源观察点，y为旋转叶片上的声源点，其位置随时间τ变化，ri表示在辐射方向i上旋转叶片各网格节点和静止观察点之间的瞬时距离；y和τ的关系为：旋转叶片上声源在时间τ下的位置y，c0是无扰动介质中的声速，k＝ω/c0表示声波波数，ω是声波的角频率，s(y)表示声源面的空间位置，tint＝[1/fr,1/f0]lcm表示时间积分长度，fr为声源的旋转频率，f0为声源的固有频率，[]lcm表示最小公倍数。

13、进一步，利用基于farassat的频域声振速公式求解旋转叶片偶极子声源辐射声波的频域声振速式中，ρ0表示空气的密度。

14、进一步，每个节点的所述频域声功率w表示为：其中，表示单个节点的频域有功声强，和分别表示频域声压和频域声振速，re表示复变量的实部，上标*表示变量的复共轭，n(x)表示观察点积分面γ的法线方向，其中观察点积分面γ即为所述的观察面。

15、进一步，还包括：

16、s4、对壁面上各节点的频域声功率进行无量纲处理，完成叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法。

17、进一步，对每个节点的频域声功率进行无量纲处理的方式为：

18、根据该节点的频域声功率在角频率ω时的分量w(ωm)和参考值w0，采用公式计算该节点的频域声功率在角频率ωm时无量纲值saim(ωm)；另外，计算该节点的总声源强度式中，m表示角频率的离散总数。

19、本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

20、本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如上所述的方法。

21、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

22、(1)本发明提出一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法，首先，对旋转叶片壁面划分网格节点，获取旋转叶片壁面上各网格节点的压力非定常数据信息，其次，采用基于farassat的频域声压和声振速公式，依次对旋转叶片壁面每个节点的压力脉动时域信息进行时间积分，计算获取该节点辐射声波在预设观察面上各观察点处的频域声压和声振速，该步骤不仅能够考虑壁面压力脉动幅值，还能够考虑力的方向以及运动的ma数，最后基于有功声强，依次获取壁面各节点的声辐射能力，提高了声源识别的准确性。需要说明的是，本发明所提出的基于有功声强的声源识别方法，不仅适用于空气中旋转叶片的偶极子气动声源的识别，而且对于不同介质中旋转叶片偶极子声源的识别也同样适用，如水下螺旋桨等。

技术特征：

1.一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法，其特征在于，s2中，每个网格节点辐射声波在预设观察面上各观察点处的频域声压的计算方式为：

3.根据权利要求2所述的一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法，其特征在于，所述基于farassat的频域声压公式为：

4.根据权利要求3所述的一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法，其特征在于，利用基于farassat的频域声振速公式求解旋转叶片偶极子声源辐射声波的频域声振速式中，ρ0表示空气的密度。

5.根据权利要求1所述的一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法，其特征在于，每个节点的所述频域声功率w表示为：其中，表示单个节点的频域有功声强，和分别表示频域声压和频域声振速，re表示复变量的实部，上标*表示变量的复共轭，n(x)表示观察点积分面γ的法线方向，其中观察点积分面γ即为所述的观察面。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求6所述的一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法，其特征在于，对每个节点的频域声功率进行无量纲处理的方式为：

8.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如权利要求1至7任一项所述的方法。

技术总结本发明属于声源识别技术领域，具体涉及一种叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法，包括：对叶轮机械旋转叶片壁面划分网格节点，获取旋转叶片壁面上各网格节点的压力脉动时域信息；采用基于Farassat的频域声压和声振速公式，依次对旋转叶片壁面上每个节点的压力脉动时域信息进行时间积分，计算获取该节点辐射声波在预设观察面上各观察点处的频域声压和声振速；基于每个节点在在观察面上各观察点处的频域声压和声振速，计算得到该节点的频域有功声强，对各观察点上的频域有功声强在预设观察面上进行积分，获取壁面该节点的频域声功率，作为该节点声源声辐射能力，完成叶轮机械旋转叶片偶极子声源识别方法。本发明能提高偶极子声源识别精度。技术研发人员：毛义军,顾小江,徐辰受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/21