空腔的案例
使用 COMSOL 軟件求解經(jīng)典 CFD 基準(zhǔn)問題：頂蓋驅(qū)動空腔
可以看到，空腔頂部的速度接近于 U = 1，此處的流體流動是由移動壁驅(qū)動的。流體被推向右側(cè)的壁后，先向下流動，再回到腔體左側(cè)。運(yùn)動在空腔中心產(chǎn)生了一個大型渦流。圖片顯示，當(dāng)雷諾數(shù)較低，例如等于 100 時（左圖），由于粘性項(xiàng)較大而造成的能量損耗，空腔中心的速度較小。雷諾數(shù)增加到 10000 后（右圖），空腔內(nèi)的速度加快，渦流明顯擴(kuò)展到了空腔底部。
當(dāng)雷諾數(shù)等于 100（左圖）和 1000（右圖）時，空腔內(nèi)的流體速度和流動方向。
頂蓋驅(qū)動腔是一個基準(zhǔn)問題，因此我們需要參考現(xiàn)有文獻(xiàn)（Ref. 1）進(jìn)行比較。首先查看空腔中心線上的速度。下方左圖沿垂直中心線繪制了速度（u）的 x 軸分量，右圖為沿水平中心線的速度（v）的 y 軸分量。在這個雷諾數(shù)范圍內(nèi)，仿真結(jié)果與文獻(xiàn)極為一致。
比較仿真結(jié)果與文獻(xiàn)中，不同雷諾數(shù)下速度的 x 軸分量（左圖）和 y 軸分量（右圖）。
下方的速度繪圖表明大型渦流形成于空腔的中心，但是空腔角落的流動情況又如何呢？我們利用流線繪制了空腔內(nèi)各個區(qū)域的流動結(jié)構(gòu)。由于仿真沒有入口，我們將流線定位 設(shè)為均勻密度（而不是在所選邊界上）。
將流線定位設(shè)置為均勻密度的設(shè)置窗口。
我們可以看到，對于較低的雷諾數(shù)，流體在左下角和右下角附近分離，并形成了兩個渦流。隨著雷諾數(shù)增大，流體的慣性增強(qiáng)，導(dǎo)致流動更早地與壁分離，并產(chǎn)生了更大的角速度。雷諾數(shù)進(jìn)一步增大后，左上角形成了第三個渦流。對于最大的雷諾數(shù)（10000），除了左上角的渦流外，底部兩個角落又產(chǎn)生了兩個渦流。
不同雷諾數(shù)對應(yīng)的空腔流動。
頂蓋驅(qū)動空腔問題的結(jié)語
我們在本文中展示了如何定義經(jīng)典的 CFD 問題——頂蓋驅(qū)動空腔問題。輔助掃描改進(jìn)了仿真的收斂性，使我們能夠求解多個雷諾數(shù)。
展開 案例解析 | 二維超聲速空腔
案例來源：陸面體科技 官網(wǎng)
案例作者：劉鵬
摘要空腔外形在內(nèi)埋武器艙、起落架艙、超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室等先進(jìn)飛行器部件中有著廣泛應(yīng)用。航空二維非結(jié)構(gòu)SU2
二維超聲速空腔非定常流動計算報告
二維超聲速空腔
空腔外形在內(nèi)埋武器艙、起落架艙、超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室等先進(jìn)飛行器部件中有著廣泛應(yīng)用。本文以參考文獻(xiàn)（Zhang and Rona, 1998, Journal of Sound and Vibration）提供的空腔外形為對象，采用ddes方法計算二維超聲速空腔流動，檢驗(yàn)SU2對于超聲速非定常流場的模擬能力。
圖 1 二維超聲速空腔試驗(yàn)紋影結(jié)果
表 1 二維超聲速空腔試驗(yàn)參數(shù)
參數(shù)名稱
馬赫數(shù) 1.5 空腔長度L 0.045 m 空腔深度D 0.015 m 空腔寬度W 0.114 m 雷諾數(shù)Re（參考長度為L） 1.35×10^6^
2.網(wǎng)格生成
計算網(wǎng)格直接在pointwise軟件中生成，網(wǎng)格包括空腔內(nèi)部及平板上方兩個網(wǎng)格塊。空腔內(nèi)部網(wǎng)格塊為321×149個網(wǎng)格點(diǎn)，平板上方網(wǎng)格塊為1011×359個網(wǎng)格點(diǎn)。平板上方邊界層內(nèi)第一層網(wǎng)格高度為4.5×10^-7^米。
展開 二維超聲速空腔非定常流動計算報告
本案例來自陸面體科技公眾號：
摘要空腔外形在內(nèi)埋武器艙、起落架艙、超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室等先進(jìn)飛行器部件中有著廣泛應(yīng)用。二維超聲速空腔非定常流動計算報告
二維超聲速空腔
空腔外形在內(nèi)埋武器艙、起落架艙、超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室等先進(jìn)飛行器部件中有著廣泛應(yīng)用。本文以參考文獻(xiàn)（Zhang and Rona, 1998, Journal of Sound and Vibration）提供的空腔外形為對象，采用ddes方法計算二維超聲速空腔流動，檢驗(yàn)SU2對于超聲速非定常流場的模擬能力。
圖 1 二維超聲速空腔試驗(yàn)紋影結(jié)果
表 1 二維超聲速空腔試驗(yàn)參數(shù)
參數(shù)名稱
參數(shù)值
馬赫數(shù)
1.5
空腔長度L
0.045 m
空腔深度D
0.015 m
空腔寬度W
0.114 m
雷諾數(shù)Re（參考長度為L）
1.35×106
2.網(wǎng)格生成
計算網(wǎng)格直接在pointwise軟件中生成，網(wǎng)格包括空腔內(nèi)部及平板上方兩個網(wǎng)格塊。空腔內(nèi)部網(wǎng)格塊為321×149個網(wǎng)格點(diǎn)，平板上方網(wǎng)格塊為1011×359個網(wǎng)格點(diǎn)。平板上方邊界層內(nèi)第一層網(wǎng)格高度為4.5×10^-7^米。
展開 哈佛大學(xué)Yu Shrike Zhang教授《先進(jìn)材料》：3D生物打印精準(zhǔn)構(gòu)建復(fù)層空腔組織的最新研究
相對于實(shí)體組織打印，復(fù)雜空腔組織的打印構(gòu)建，對于可打印水凝膠材料生物相容性、力學(xué)強(qiáng)度、打印可塑性等特性的要求更加嚴(yán)格。對于空腔組織或器官的不同亞層結(jié)構(gòu)，如何準(zhǔn)確構(gòu)建、打印管腔結(jié)構(gòu)以及如何維持中空管道功能等問題，尚面臨諸多挑戰(zhàn)。
上海交通大學(xué)皮慶猛博士在哈佛博士后工作期間，在哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Yu Shrike Zhang教授指導(dǎo)下，與同事一起自行設(shè)計了一種新型同軸多通道生物打印系統(tǒng)（MCCES）（如圖1），以實(shí)現(xiàn)空腔組織或器官不同亞層結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，將優(yōu)化的復(fù)合水凝膠復(fù)合細(xì)胞后，可以借助這一新型打印系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一次性同步區(qū)分打印不同亞層結(jié)構(gòu)，滿足不影響細(xì)胞活力的前提下，增強(qiáng)管腔結(jié)構(gòu)一定的力學(xué)強(qiáng)度，并精準(zhǔn)同步打印具有2層（或2層以上）亞層結(jié)構(gòu)的空腔組織。這項(xiàng)研究為體外構(gòu)建復(fù)雜空腔組織或器官提供了新的方法，也得到國際同行的認(rèn)可，該項(xiàng)工作日前正式發(fā)表在國際生物材料領(lǐng)域頂級期刊Advanced Materials（最新影響因子21.95）。
圖1.同軸多通道生物打印系統(tǒng)快速構(gòu)建空腔管狀結(jié)構(gòu)。（圖片來自Advanced Materials）
研究者自行研制新型的同軸多通道打印系統(tǒng)，分別同步構(gòu)建內(nèi)、外亞層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確構(gòu)建不同亞層的設(shè)想（如圖2）。采用Alginate+GelMA+PEGOA混合水凝膠，利用鈣離子交聯(lián)、聯(lián)合光敏交聯(lián)固化的方法，增加打印過程中的復(fù)層管型結(jié)構(gòu)的可塑性。研究證實(shí)，打印后空腔結(jié)構(gòu)具有良好的灌注功能。
圖2.打印空腔管狀結(jié)構(gòu)水平面及橫斷面鏡下觀。（圖片來自Advanced Materials）
圖3.單層雙層空腔管狀結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)性。（圖片來自Advanced Materials）
通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)在同一根管腔結(jié)構(gòu)反復(fù)切換的設(shè)想（如圖3）。
展開 
[案例分析]基于SU2的二維超聲速空腔非定常流動計算
空腔外形在內(nèi)埋武器艙、起落架艙、超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室等先進(jìn)飛行器部件中有著廣泛應(yīng)用。本文以參考文獻(xiàn)（Zhang and Rona, 1998, Journal of Sound and Vibration）提供的空腔外形為對象，采用ddes方法計算二維超聲速空腔流動，檢驗(yàn)SU2對于超聲速非定常流場的模擬能力。
圖 1 二維超聲速空腔試驗(yàn)紋影結(jié)果
2.網(wǎng)格生成
計算網(wǎng)格直接在pointwise軟件中生成，網(wǎng)格包括空腔內(nèi)部及平板上方兩個網(wǎng)格塊。空腔內(nèi)部網(wǎng)格塊為321×149個網(wǎng)格點(diǎn)，平板上方網(wǎng)格塊為1011×359個網(wǎng)格點(diǎn)。平板上方邊界層內(nèi)第一層網(wǎng)格高度為4.5×10-7米。
（a）二維空腔流動全局計算網(wǎng)格（i，j方向每8個網(wǎng)格點(diǎn)顯示1個）
（b）二維空腔流動局部計算網(wǎng)格（i，j方向每4個網(wǎng)格點(diǎn)顯示1個）
3.SU2求解器設(shè)置
3.1 流場求解cfg文件設(shè)置
下面介紹二維超聲速空腔算例的參數(shù)設(shè)置。
展開 用于填充三角空腔的碳纖維3D面條/填料
碳纖維3D面條
用于填充三角空腔的碳纖維3D面條/填料
鳳凰環(huán)氧樹脂907https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48236.html
當(dāng)兩個相對彎曲的層壓板在復(fù)合材料制造中彼此相鄰鋪放時，就會不可避免地產(chǎn)生三角形或三角形的空腔，需要對其適當(dāng)填充。目前的解決方案如使用軋制纖維、編織物和切割增強(qiáng)材料等，不足以穩(wěn)定“采用層壓板創(chuàng)建的”結(jié)構(gòu)以及防止未增強(qiáng)樹脂的堆積。此外，實(shí)際上它們也不便于處理，而且提供的力學(xué)性能相對較低。
全新開發(fā)的干3D 面條/填料預(yù)成形體能夠根據(jù)應(yīng)用需求而訂制，提供穩(wěn)定的空腔匹配形狀、吻合性好、抗分層、無磨損以及適應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)需求如彎曲等優(yōu)勢，這是長期以來為加速復(fù)合材料的生產(chǎn)、改善性能并降低勞動力和庫存成本而一直在尋求的產(chǎn)品。
展開 分享：空腔內(nèi)自然對流
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了空腔內(nèi)自然對流的湍流流動。兩個垂直墻保持在不同的溫度，而水平墻壁是絕熱的。
計算域：2.18m X 0.0762m
物質(zhì)屬性：密度選擇Boussinesq假設(shè)，比熱為1005J/kg-K，粘度1.81e-05kg/m-s，摩爾數(shù)為28.966
邊界條件：低溫墻壁溫度為288.25 K，高溫墻壁溫度為307.85 K，上下墻壁為絕熱條件
網(wǎng)格劃分
采用矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量為24300
注意：這里在上下方各設(shè)置長度為0.05m的固體域
計算設(shè)置
本次計算為穩(wěn)態(tài)湍流計算，考慮重力影響。
物質(zhì)屬性
計算空腔內(nèi)流體物質(zhì)為空氣，設(shè)置它的密度、比熱、粘性等參數(shù)
設(shè)置上下兩側(cè)固體域物質(zhì)為硬橡膠
湍流模型
選擇雷諾應(yīng)力湍流模型
能量方程
激活能量方程
邊界條件
設(shè)置左右兩側(cè)高、低溫墻壁的溫度
設(shè)置上下兩側(cè)壁面為絕熱條件
設(shè)置流體域與固體域之間的墻壁邊界參數(shù)
設(shè)置求解方法和松弛因子
計算結(jié)果
計算域溫度場云圖
計算域速度場云圖
計算值與實(shí)驗(yàn)值對比
y=0.109m位置處豎直速度值對比圖
y=0.109m位置處溫度值對比圖
參考文獻(xiàn)
P.L. Betts, I.H. Bokhari. "Experiments on turbulent natural convection in an enclosed tall cavity".
展開 Abaqus如何順利進(jìn)行空腔輻射模擬 ￥20
<div contenteditable="false" width="100%">
<p style="text-indent:21.0pt;white-space:pre-wrap;">最近也是項(xiàng)目需要，研究了一下空腔輻射，一直沒跑通，今天終于跑通了，特此介紹鄙人的淺薄之見，還望利于大家研究。</p>
<p style="text-indent:21.0pt;white-space:pre-wrap;">以兩個同心圓柱筒的空腔熱輻射傳導(dǎo)為案例進(jìn)行仿真模擬，下面是總的步驟。</p>
<p><img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202510/attachment/7559eb70ae7e4f9ab7a6f471125c4c62';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/msimage/202303/1503eecac826e41c8298db64f7e4019d.png" style="width:209.23694pt;height:187.623pt;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/msimage/202303/1503eecac826e41c8298db64f7e4019d.png?
展開 abaqus帶空腔的超彈性體大變形不收斂
在abaqus中建立了一個帶有球形空腔的立方體，材料為超彈性材料模型Mooney Rivlin模型，大變形時不收斂。
用于有限空腔空間外殼中低頻吸聲的翻轉(zhuǎn)雙層微穿孔板
MPP通常由具有分布亞毫米通孔的薄面板制成，并與背襯空氣腔耦合。MPP可以產(chǎn)生類似于亥姆霍茲諧振器的吸聲機(jī)制。最高可用性構(gòu)架介紹了多點(diǎn)定位系統(tǒng)的理論分析和設(shè)計原理。MPP由于其重量輕、無纖維和環(huán)境友好的特點(diǎn)，自誕生以來一直被視為下一代吸聲材料。然而，由于吸聲帶寬較窄，以及在低頻時需要較大的背腔深度，傳統(tǒng)MPP的應(yīng)用受到限制。
研究內(nèi)容：
本文提出了一種新型吸聲結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)基于雙層微穿孔板（DLMPP）和類似于卷曲空間的翻轉(zhuǎn)空間概念，以改善具有有限背襯空氣腔空間的外殼中的低頻到中頻吸聲。結(jié)果表明，新設(shè)計可以產(chǎn)生類似于傳統(tǒng)DLMPP的寬帶吸聲，空腔翻轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)有限背腔空間外殼的低頻吸聲。對新設(shè)計的吸聲系數(shù)進(jìn)行了理論分析和有限元模擬。還討論了設(shè)計參數(shù)對新設(shè)計吸聲系數(shù)的影響。
圖1. DLMPP的示意圖（a）傳統(tǒng)的系列安排的DLMPP;（b）新的 T-DLMPP 設(shè)計.
技術(shù)路線：
在Comsol中對這兩種DLMPP結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元仿真分析。
1. 幾何模型的構(gòu)建及網(wǎng)格劃分：
圖2.T-DLMPP幾何模型構(gòu)建及網(wǎng)格劃分
2. 添加研究，對結(jié)構(gòu)化參數(shù)對吸聲系數(shù)的影響進(jìn)行頻率分析：
圖3.孔徑大小對吸聲系數(shù)的影響（左原文，右復(fù)現(xiàn)）。
圖4.穿孔率對吸聲系數(shù)的影響（左原文，右復(fù)現(xiàn)）。
圖5.板厚對吸聲系數(shù)的影響（左原文，右復(fù)現(xiàn)）。
最后,歡迎通過公眾號"320科技工作室"聯(lián)系我們.
展開 哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Yu Shrike Zhang課題組聯(lián)合上海交大-仁濟(jì)醫(yī)院合作發(fā)表3D生物打印精準(zhǔn)構(gòu)建
相對于實(shí)體組織打印，復(fù)雜空腔組織的打印構(gòu)建，對于可打印水凝膠材料生物相容性、力學(xué)強(qiáng)度、打印可塑性等特性的要求更加嚴(yán)格。對于空腔組織或器官的不同亞層結(jié)構(gòu)，如何準(zhǔn)確構(gòu)建、打印管腔結(jié)構(gòu)以及如何維持中空管道功能等問題，尚面臨諸多挑戰(zhàn)。
上海交通大學(xué)皮慶猛博士在哈佛博士后工作期間， 在哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Yu Shrike Zhang教授指導(dǎo)下，與同事一起自行設(shè)計了一種新型同軸多通道生物打印系統(tǒng)（MCCES）（如圖1），以實(shí)現(xiàn)空腔組織或器官不同亞層結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，將優(yōu)化的復(fù)合水凝膠復(fù)合細(xì)胞后，可以借助這一新型打印系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一次性同步區(qū)分打印不同亞層結(jié)構(gòu)，滿足不影響細(xì)胞活力的前提下，增強(qiáng)管腔結(jié)構(gòu)一定的力學(xué)強(qiáng)度，并精準(zhǔn)同步打印具有2層（或2層以上）亞層結(jié)構(gòu)的空腔組織。這項(xiàng)研究為體外構(gòu)建復(fù)雜空腔組織或器官提供了新的方法，也得到國際同行的認(rèn)可，該項(xiàng)工作日前正式發(fā)表在國際生物材料領(lǐng)域頂級期刊Advanced Materials（最新影響因子21.95）。
圖1.同軸多通道生物打印系統(tǒng)快速構(gòu)建空腔管狀結(jié)構(gòu)。（圖片來自Advanced Materials）
研究者自行研制新型的同軸多通道打印系統(tǒng)，分別同步構(gòu)建內(nèi)、外亞層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確構(gòu)建不同亞層的設(shè)想（如圖2）。采用Alginate+GelMA+PEGOA混合水凝膠，利用鈣離子交聯(lián)、聯(lián)合光敏交聯(lián)固化的方法，增加打印過程中的復(fù)層管型結(jié)構(gòu)的可塑性。研究證實(shí)，打印后空腔結(jié)構(gòu)具有良好的灌注功能。
圖2.打印空腔管狀結(jié)構(gòu)水平面及橫斷面鏡下觀。
展開 
【論文分享】基于 CFD 的某車型頂蒸出風(fēng)均勻性研究
由于風(fēng)管的布置空間有限，風(fēng)管 方向與風(fēng)口方向互為垂直，風(fēng)口位置存在較大的風(fēng) 口空腔，氣流在流經(jīng)空腔時，會在空腔內(nèi)形成渦流 （圖 8），導(dǎo)致氣流不能從風(fēng)口均勻地流入乘員艙， 所以需要對空腔進(jìn)行優(yōu)化。
5 優(yōu)化方案
原狀態(tài)的風(fēng)口結(jié)構(gòu)如圖 9 所示，只有一條筋用 于調(diào)整風(fēng)口的風(fēng)量，由于筋未將風(fēng)口完全分割成獨(dú) 立的風(fēng)口，導(dǎo)致風(fēng)口空腔并不是獨(dú)立的空腔，對后期的優(yōu)化不利。
按圖 10 所示的方式調(diào)整出風(fēng)口空腔的結(jié)構(gòu)， 將位置 1 處的筋打通，使風(fēng)口處形成一個完整獨(dú)立 的空腔，使風(fēng)口的出風(fēng)方式受干擾因素減少；通過 不斷的優(yōu)化調(diào)整，最終在位置 2 處加 1 個寬度為 20 mm，長度為 50 mm，深度為 6 ～ 14 mm 的楔形凸臺，以改變空腔結(jié)構(gòu)和渦流狀態(tài)；在位置 3 處加 1 個寬度為 10 mm，長度為 20 mm，深度為 5 mm 的凸臺，提前下壓一部分氣流進(jìn)入乘員艙，防止渦 流減弱或消失后，氣流完全從風(fēng)口的遠(yuǎn)端進(jìn)入乘員 艙的現(xiàn)象。
6 優(yōu)化模型分析結(jié)果
優(yōu)化模型分析結(jié)果顯示，風(fēng)口 1 的出風(fēng)均勻性 系數(shù)為 0.73，滿足目標(biāo)值 0.7，且風(fēng)口平均風(fēng)速為 4.1 m/s，風(fēng)口各個間隙風(fēng)速超過平均風(fēng)速的區(qū)域均 在一半以上，如圖 11 和表 1 所示。風(fēng)速均勻地從 風(fēng)口的各個格柵間隙進(jìn)入乘員艙，如圖 12 所示。隨著空腔結(jié)構(gòu)的改變，渦流強(qiáng)度大大減弱，如圖 13 所示，能夠使氣流從整個風(fēng)口均勻地進(jìn)入乘員艙。
7 試驗(yàn)測試結(jié)果
試驗(yàn)測量風(fēng)口風(fēng)速時將風(fēng)口分為左、中、右 3 個區(qū)域，如圖14所示，分別測量3個區(qū)域的出風(fēng)速度， 如圖 15 所示，且每個區(qū)域隨機(jī)測量 3 次，取平均值。
展開 天文學(xué)家在銀河系中發(fā)現(xiàn)神秘的500光年“空洞”
天文學(xué)家在銀河系中發(fā)現(xiàn)了一個巨大的空腔，目前推測它是數(shù)百萬年前的一次恒星爆炸形成的。
它的位置如圖所示，空腔的放大視圖（左）分別以藍(lán)色和紅色顯示了英仙座和金牛座分子云，盡管它們看起來相互接觸，但最新的3D圖像顯示它們與空腔接壤并且相距很遠(yuǎn)
氣泡狀空腔的直徑約為500光年，位于英仙座分子云和金牛座分子云之間，數(shù)百萬顆恒星正在這個空腔周圍形成。
研究團(tuán)隊推測有兩種可能產(chǎn)生這個巨大空腔：
第一種可能是，一顆超新星在這個氣泡的核心爆炸，并將氣體向外推，形成了這個巨大“空洞”。另一個種可能是隨著時間的推移，在數(shù)百萬年的時間內(nèi)發(fā)生了一系列超新星爆炸，最終創(chuàng)造了它。
幾十年來，我們一直能夠看到這些分子云，但我們從來不知道它們的真實(shí)形狀、深度或厚度。直到近些年來恒星形成區(qū)域地圖繪制項(xiàng)目的突破，同時也讓我們發(fā)現(xiàn)了巨大的宇宙“空洞”。但是數(shù)百萬年來，是什么力量讓“空洞”維持空無一物，還有待進(jìn)一步的研究。
展開 汽車風(fēng)振噪聲機(jī)理研究
風(fēng)振噪聲是一種復(fù)雜的空腔流激勵發(fā)聲現(xiàn)象，是流體力學(xué)、空氣動力學(xué)、聲學(xué)等多學(xué)科的交叉，主要研究基礎(chǔ)是亥姆霍茲共振及空腔流自激振蕩。
01
亥姆霍茲共振
亥姆霍茲共振器是一種最基本的聲共振系統(tǒng)，最典型的是一個帶有一個開口短管的剛性容器。汽車在側(cè)窗或天窗開啟時，車內(nèi)空間類似于一個亥姆霍茲共振器，具有其基本特性。
亥姆霍茲共振器
空腔內(nèi)部空氣受到外界波動P 的強(qiáng)制壓縮時，會引起短管內(nèi)空氣段A 的振動，而空腔內(nèi)的空氣對其產(chǎn)生恢復(fù)力，構(gòu)成由短管部空氣質(zhì)量和腔體內(nèi)空氣彈性構(gòu)成的振動系統(tǒng)，這對施加作用的波動會產(chǎn)生共振效應(yīng)，其固有頻率為：
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空腔噪聲
氣流流經(jīng)空腔時會產(chǎn)生離散和寬頻噪聲。引起空腔噪聲的主要機(jī)理有兩種：
壓力波反饋機(jī)制：空腔開口前緣的湍流邊界層在開口處形成不穩(wěn)定的剪切層，剪切層隨來流向下游運(yùn)動并失去穩(wěn)定，進(jìn)而產(chǎn)生漩渦，漩渦脫落并繼續(xù)向下游運(yùn)動，當(dāng)撞擊到空腔后壁面時，漩渦會破碎、耗散，產(chǎn)生一個向空腔開口上游擴(kuò)散的脈動壓力波（即反饋壓力波），此壓力波傳播到達(dá)空腔開口前緣后會誘發(fā)新的漩渦脫落，如此循環(huán)振蕩形成反饋機(jī)制。
空腔噪聲反饋機(jī)制示意圖
聲共振：對于深腔而言，噪聲的產(chǎn)生是由于腔口非定常渦脫落誘導(dǎo)的聲共振。
簡單車廂風(fēng)振噪聲數(shù)值模擬
采用CFD對簡單車廂進(jìn)行模擬研究。
展開 航空發(fā)動機(jī)寬弦空心風(fēng)扇葉片制造研究綜述
3.1 空腔結(jié)構(gòu)設(shè)計
1）基于結(jié)構(gòu)輕量化的目標(biāo)
在有效實(shí)現(xiàn)葉片輕質(zhì)的同時，必須同時考慮空心結(jié)構(gòu)設(shè)計受到葉片服役狀態(tài)下離心力、鳥撞等復(fù)雜載荷的影響。在空腔結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計階段，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)獲得風(fēng)扇葉片空心結(jié)構(gòu)材料分布的優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)理論指導(dǎo)。選擇可以間接地反映結(jié)構(gòu)的靜力與動力性能的特性參數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)，在基本設(shè)計階段給出更為合理的空心結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計，最終獲得材料分布合理，具有優(yōu)良總體剛度、強(qiáng)度性能的初始設(shè)計，促進(jìn)結(jié)構(gòu)輕量化的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
2）基于成形可行性及力學(xué)性能最優(yōu)的目標(biāo)
葉片空腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計除了要考慮輕量化效果以外，還必須綜合考慮成形工藝可行性、穩(wěn)定性以及力學(xué)性能要求等多方面因素。在詳細(xì)設(shè)計階段，借助形狀優(yōu)化、尺寸優(yōu)化等手段對空腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部設(shè)計調(diào)整，從而滿足葉片剛度、強(qiáng)度以及葉片振動等所有設(shè)計要求。如圖14所示，對空 腔結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了歸納總結(jié)，對于空腔內(nèi)加強(qiáng)筋，應(yīng)當(dāng)考慮的幾何參數(shù)包括加強(qiáng)筋數(shù)量、高度、厚度及夾角，而工藝參數(shù)應(yīng)當(dāng)考慮葉片空心率、焊縫長度以及加強(qiáng)筋與面板的幾何關(guān)系。首先應(yīng)當(dāng)明確空腔結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸參數(shù)以及這些參數(shù)之間的相互影響作用，設(shè)計難度較大。在空心風(fēng)扇葉片成形過程中，內(nèi)部空心區(qū)域的形狀及位置分布不容易控制，還會產(chǎn)生制造偏差，應(yīng)當(dāng)研究原設(shè)計參數(shù)的變化對各類性能的影響規(guī)律，進(jìn)而調(diào)整設(shè)計參數(shù)及成形工藝。
圖 14 空腔結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)
3.2 成形工藝優(yōu)化研究
成形工藝可以看作是鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片制造全流程中最重要的環(huán)節(jié)，但應(yīng)當(dāng)擺脫只著眼于成形工藝單工序優(yōu)化的現(xiàn)狀，成形工藝不可避免的會影響初始結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)及葉片最終冷加工質(zhì)量。
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