基于TR-PIV流场测量与Curle声类比理论的流动噪声测量技术研究

本项目旨在发展一种基于高频响TR-PIV非定常流场测量和Curle声类比理论的先进流动噪声测量分析技术，以获取流动噪声辐射源特性及远场噪声特征。在实验测得高时间和空间分辨率的粒子图像时间序列数据的基础上，发展一整套先进PIV算法获得高精度的速度场信息，并进而通过数值分析和计算得到全场加速度和压力场信息，最后结合简化的Curle声类比方程计算得到噪声辐射场。项目中将发展/采用Bootstrap filter粒子微团跟踪、跨帧时间自适应和贴体网格等先进算法，测得全流场近壁区和远离壁面区域的速度场和加速度场。本项目以翼型尾缘尾涡脱落和噪声辐射问题为对象，采用数值验证（基于大涡模拟数值计算结果的数字合成图像时间序列数据）和模型实验（消声室风洞模型实验）两种方法对所提出的速度场、加速度场、压力场和噪声辐射场实验测试分析算法进行系统的验证和修正。相关成果将大幅提高流动噪声实验技术水平及其理论深度。

项目以高频响TR-PIV技术和Curle声类比理论为基础，发展了基于CameraLink高速数据传输技术、固态硬盘阵列高速实时存储技术的TR-PIV硬件系统，实现了对流场高速（500fps）实时连续采样（一次可采集1280×1024像素PIV图像20万帧）。同时发展了基于Bootstrap filter对粒子微团跟踪算法、基于Texton算子、Radon算子的运动变形边界识别算法，提高了流场速度场的测量精度。在此基础上，计算获得了流场加速度场以及压力场信息。项目以光滑圆柱和类仙人掌圆柱尾流场为研究对象，对硬件系统和处理算法进行了验证分析，计算获得了较为准确的时均压力场分布。然而由于速度场测量误差经加速度场、压力场计算后，被逐步放大，经由Curle声类比理论技术计算获得的噪声场误差较大，仅能反映大概的分布趋势。.以本项目研究工作为基础，申请获批自然科学基金面上项目一项（主持，142万）；与本项目合作人Daniel TH New合作申请并获批新加坡教育部MOE Tier2项目一项（约人民币310万，排第二）。