气动噪声.ppt
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1、气动噪声,气动噪声与振动噪声,气动噪声:由空气产生,可由fluent模拟 振动噪声:是结构产生,只能与固体力学学软件耦合求解,气动噪声模拟方法,非定常CFD分析(直接方法) 模拟噪声的产生与抑制机理,声波反射,声场对流场的反作用等本质问题。但计算资源需求巨大 CFD与声学软件耦合 可求解内流噪声问题 声类比噪声模拟法(FW-H) 不能模拟反射效应和噪声对流场的反作用 由当地湍流尺度估算噪声 如宽带噪声模型,非定常CFD分析(直接方法),声音波动方程是N-S方程的特殊形式 非定常求解 DNS、LES、非定常RANS 高精度数值方法 非常细的网格和时间步长 非反射声学边界条件 可压缩模型 低亚声速
2、的近场噪声,可采用不可压缩模型,但不能模拟共振与反馈,直接方法计算过程,准备计算网格 网格尺度湍流涡的长度尺度,或 10-15网格/波长 执行一次完整的定常计算,作为非定常计算的初场。 双精度解算器, 二阶离散格式, 可压缩模型,直接方法计算过程,执行非定常计算 估算频率。利用Strouhal数, ;或用亥姆霍兹共鸣器 时间步长 1/最大频率/30 模拟的真实流动物理时间 1/最小频率*10 收敛准则:达到动态定常状态。每个时间步残差降低2-3个量级 追踪瞬态静压随时间的变化,最终执行FFT,直接模拟存在的问题,气动噪声本质上是非定常问题 频率范围比较宽,20-20000Hz 噪声的时间分辨率
3、量级可能与流动中感兴趣的时间尺度相差很大。 高频很难求解:非常短的波非常密的网格;非常短的时间周期非常小的时间步 湍流运动产生噪声,很小的涡结构需要被捕捉到 噪声辐射中只包含相对主流来说很小一部分能量;噪声压力与流体脉动压力相比非常小,需要使用非常高阶的离散格式。,直接方法应用场合,内流 燃烧器 消声器 空穴 HVAC应用涡轮增压器 近场噪声(接收器离声源较近) 低频噪声。,声类比方法(FW-H),声类比模型,Lighthill方程 直接从NS方程出发导出 无界空间四极子源 Curle方程 将Lighthill理论推广到考虑静止固体边界的影响 固体边界偶极子源 FW-H方程 进一步推广到运动固
4、体壁面对声音的影响 固体运动单极子源,Lighthill方程,Lighthill张量:,FW-H方程,四极子源 固体边界偶极子源 固体运动单极子源,源数据由CFD模型计算,源面之外( )的体积分,FW-H方程求解,自由空间格林函数方法,方程的解,源面上( )的面积分,(四极子源积分),(偶极子源,单极子源, 部分四极子源的积分),Fluent忽略体积分,源面外( )的压力场,+,声类比模型特点及应用,小的噪声脉动从大的湍流脉动中分离。 只需求解波动方程来考虑远场,只需要源附近的CFD解 应用:外部流动 射流噪声 绕流物体的风鸣声,圆柱漩涡脱体诱发的噪声 风扇、螺旋桨、压气机转子的噪声辐射问题,
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