FLUENT声学模型

第-1-页目录1.ANSYSFluent流噪声计算方法..............................................................................................11.1.ComputationalAeroacoustics(CAA直接模拟).............................................................11.2.AcousticAnalogyModeling（声比拟模型）...............................................................11.3.Broadband（宽频噪声模型）.......................................................................................21.4.将CFD和指定的噪声计算代码耦合...........................................................................22.Fluent的声比拟模型（FW-H）的使用步骤..........................................................................3第-1-页1.ANSYSFluent流噪声计算方法对于气动噪声学科的挑战，许多气动噪声计算的方法已经被呈现出来，他们的适用性和所消耗的资源都不一样。AnsysFluent提供了四种方式来计算气动噪声：直接模拟方法、基于声比拟的积分方法、使用宽频噪声源模型的方法以及将CFD和指定的噪声计算代码耦合。1.1.ComputationalAeroacoustics(CAA直接模拟)在这种方法中声音的产生和传播直接通过求解合适的流体动力学方程获得。声波的预测要求控制方程的时间精确解。进一步讲，在大多数直接模型的实际应用中，必须借助于能够模拟粘滞效应和湍流效应的控制方程，例如非稳态N-S方程，雷诺时均方程以及过DES和LES使用的过滤方程。直接模型需要高精度的求解方法，非常细密的计算网格以及声音无反射边界条件，所以计算代价大。当预测远场噪声（几百倍的机翼弦长处得噪声）计算代价更大。当计算近场噪声，直接方法就变的可行，如舱室噪音。对于许多近场噪声的计算中，由于局部压力波动导致的噪声是可以通过fluent准确计算的。1.2.AcousticAnalogyModeling（声比拟模型）对于中场和近场噪声，fluent采用基于Ligthill的声比拟方法，它是直接模拟的一个很好的补充。在该方法中，近场流场从控制方程中获得，如非稳态的雷诺平均方程，过滤的DES和LES方程，然后把求解结果作为噪声源，通过求解波动方程得到解析解，这样就把流动求解过程从声学分析中分离出来。AnsysFluent采用基于FW-H的方程，FW-H方程采用最通用的lighthill的噪声比拟方法，可以求解单极子、偶极子和四极子产生的噪声传播。AnsysFluent采用时域积分的方法（声压、噪声信号与时间相关），通过面积分计算指定位置的噪声。流场变量，如压力，速度时间精度的解的获得需要求解面积分。时间精度的解可以从非稳态雷诺平均方程，大涡模拟，或分离涡模型求解获得，可以捕捉精确的流动特征如涡脱落等现象。AnsysFluent中的噪声积分源面不仅可以放在不可穿透壁面上，也能放在内部可穿透面上，这样就可以考虑源面包围的四极子噪声的贡献。Ansysfluent中先进第-2-页的基于“可穿透面积分”的FW-H模型可以很好解决高、亚速气动噪声问题。AnsysFluent中的FW-H噪声模型可以选择多个源面和接收位置，也可以保存噪声源数据，或在瞬态流动求解过程中同时执行噪声计算。声压信号可以快速傅里叶变换得到，结合AnsysFluent后处理获得全部声压标准（SPL）和能量谱范围下的噪声数据图。声比拟模型基于两步法：首先采用CFD方法在噪声源附近精确的计算瞬态流场，其次是从声源处到接收处噪声传播通过求解波动方程获得。1.3.Broadband（宽频噪声模型）在许多工程应用中的湍流，噪声没有明显的频段，声波能量连续分布在一个宽频段范围内按频率连续分布，这就涉及到宽频噪声问题。在AnsysFluent的宽频噪声模型中，湍流参数通过雷诺时均方程求出，再用一定的半经验修正模型（如Proudman方程模型、边界层噪声源模型、线性Euler方程源项模型、Lilley方程源项模型）计算表面单元或体积单元的噪声功率。1.4.将CFD和指定的噪声计算代码耦合为了保存源数据，可以激活输出噪声源数据以ASD格式或者以CGNS的格式，或者两者都选。当做了选择，被选为源面的所有的面得相关的源数据都被写进指定文件。不用激活FW-H模型，可以输出声源数据用于sysnoise。需要定义源面为.index或.asd可以用于sysnoise的格式。另外，如果想输出四极子源你可以选择流体域作为发射源，激活流体域为源项：对于不可穿透面的噪声源数据必须用CGNS的形式输出（virtuallab软件）而第-3-页不需要激活FW-H模型。2.Fluent的声比拟模型（FW-H）的使用步骤使用FW-H噪声模型计算噪声的流程包括两个步骤：第一步，在选择的源面上获得随时间变化的相关流场变量，如压力、速度和密度。第二步，用第一步中收集到的源数据来计算用户定义接收位置处的声压信号。在计算声压用FW-H积分求解时，Fluent用了一个所谓的“forward-timeprojection”来考虑到发射时间（声音从源面发射出的时间）到接收时间（声音到达接收位置的时间）。forward-timeprojection方法能让你在瞬态流动过程中同时计算噪声，而不需要保存源数据。1、激活FW-H噪声模型设置模型常数•远场密度•远场声速•参考声压：用于计算声压级，默认的值是2e-5Pa•噪声修正长度：当用二维计算结果计算噪声时需要。FW-H积分将在这个尺度上被计算，用同样的源数据。计算噪声”onthefly”Fluent中FW-H噪声模型容许你同时计算在指定接收位置处得声压信号，而不需要写出噪声源数据文件，这样可以大量的节省磁盘空间。为了使用”onthefly”噪声计算，在噪声模型中，激活同时计算噪声信号。因为噪声计算消耗的内存和计算时间与流场计算相比小很多，所以这个选项可以使用或者连带源项文件输出和噪声计算一起使用当同时计算噪声信号被激活时，Fluent窗口在每一个时间步将打印信息表示声压信号被第-4-页计算，激活该项，表示Fluent在每一个时间步结束时计算声压。写出源数据文件尽管Onthefly是一个很方便的特征，但是有时候也会需要保存源文件，因为瞬态计算中源文件的获得是在噪声计算中很耗时间的，你很可能不想丢弃他，通过保存源数据，你可以重复利用并计算新的或其他位置的声压信号。为了保存源数据，可以激活输出噪声源数据以ASD格式或者以CGNS的格式，或者两者都选。当做了选择，被选为源面的所有的面得相关的源数据都被写进指定文件。源数据变化是依据求解选项和源面是壁面与否。2、定义源面在噪声模型中，点击定义源面，你可以定义用于噪声计算中的源面和用于保存源数据的输入参数，在源区域中，你可以选择多个发射面，面类型的选择不仅限于壁面。你也可以选择内部面或滑移界面作为源面。选择多个源面的功能对于对于研究来自单个源面的贡献多少有很大的帮助。对于多个源面的使用结果是有效的，只要在面之间的噪声相互影响非常微弱可以忽略。为了保存源数据，须设定sourcedatarootfilename，writefrequency(时间步长数)和numberoftimestepsperfile。Writefrequency容许你控制源数据写出的频率，如果瞬态计算中的时间尺度小于求解噪声的频率，这样有利于节省磁盘空间，在大多数模拟中，每一个时间步都保存源数据，那默认值为1，因为噪声计算往往要产生几百个时间步的噪声源，你可能想将数据分割成几个文件。所以定义numberoftimeperfile容许你写出源文件到不同的文件第-5-页3、定义接收面4、继续求解瞬态计算，并进行足够长的周期。