Fluent軟件中氣動噪聲模塊的評價及局限性說明

2016-10-26 by:CAE仿真在線來源:互聯網

編者按

本文分別對直接計算聲學模塊、聲類比積分(基于FW-H方程)模塊和寬頻噪聲模塊三個模塊進行了評價,并給出了三個方面的局限性。本文發布已經三年有余,如果期間Fluent軟件對此有所改進,歡迎大家撰文重新評述。

Fluent軟件中的氣動噪聲模塊由直接計算聲學模塊、聲類比積分(基于FW-H方程)模塊和寬頻噪聲模塊3部分組成。(在fluent幫助中的表述:ANSYS FLUENT offers three approaches to computing aerodynamically generated noise:a direct method, an integral method based on acoustic analogy and a method that utilizes broadband noise source models. )

其中直接計算聲學模塊(a direct method)就是通過高分辨率的流體動力學方程來直接模擬噪聲,精確地計算聲波和流動的相互作用。但由于聲場能量通常遠小于流場能量,,例如聲壓波動往往很小,140dB聲壓級時的聲壓為200Pa(噴氣式飛機附近),120dB聲壓級時的聲壓為20Pa(1000KW柴油機排氣口1m處),100dB聲壓級時的聲壓為2Pa(織布車間),80dB聲壓級時的聲壓為0.2Pa(公共汽車內),60dB聲壓級時的聲壓為0.02Pa(普通談話),要捕捉到聲波需要很高的網格分辨率,就工程上的應用而言,直接計算聲學模塊很難適用。

寬頻噪聲模塊(a method that utilizes broadband noise source models)是利用定常求解的流場數據(如基于RANS方程得到的平均速度、湍流動能和湍流耗散率等),通過一些半經驗公式計算出所需的聲學量。但目前為止,這種半經驗公式仍處于研究階段,已有的這些半經驗公式無法令所有人信服,給出令所有人滿意的計算結果。

聲類比積分模塊(an integral method based on acoustic analogy)是基于FW-H的聲類比方程及其積分解。在啟動聲類比積分模塊前需要首先計算出一個時變的流場,啟動模塊后fluent軟件的噪聲模塊自動捕獲所需要的流場中的變量隨時間的變化規律,分析處理后給出所需的聲學指標。聲類比積分模塊目前應用較為廣泛,并成功的應用于計算導彈、飛行器、汽車的氣動噪聲。但要注意聲類比積分模塊的應用也有其局限性。

這也是大家最常用的fluent氣動噪聲模塊,但必須注意它有三大局限性:

由于體積分被省略,因此fluent的聲類比積分模塊無法應用于模擬在均勻靜止流體介質包圍的小尺度范內湍流產生的氣動噪聲問題。也就是任何流場中沒有固體障礙物,只是由湍流引起的氣動噪聲問題,fluent無法計算。

由于在近場處,流體的各種參數都劇烈變化,無法滿足推導FW-H方程的各種假設條件,聲類比積分模塊無法準確模擬近場的氣動噪聲

聲類比積分模塊只適用模擬自由場,無法模擬管道噪聲之類的內部噪聲或是半自由場。原因是在這兩種情況下,適用于FW-H方程的Green函數不成立,這時會有聲波的折射反射等多種新因素的影響,單純的FW-H方程無法考慮這些因素的影響。

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