气动噪声
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FW-H方程
进一步推广到运动固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
FW-H方程求解
自由空间格林函数方法
方程的解
源面上（
+
源面之外（
）的面积分 （偶极子源，单极子源， 部分四极子源的积分）
气噪声
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
低亚声速的近场噪声，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
1. 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
2. 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
3. 执行非定常计算
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
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
定义接收器( Define Receivers )
FW-H模型后处理
读入源数据，计算
Load Index File 选源数据文件.asd 选择源面Active
source zones 选择接收器
Compute/Write
输出噪声信号(e.g., receiver-1.ard)
壁面 内部界面（interior suface）
interior surfaces
保存源数据
Source Data Root Filename, Write Frequency (in number of time
steps), No. of Time Steps per File
3. 定义源面及源数据处理选项 4. 定义接收器位置 5. 继续足够长时间的流场计算，保存源数据 6. 计算并保存声场信息：Solve -> Acoustic
Signals 7. 后处理：Plot -> FFT
激活FW-H模型
Define -> Models -> Acoustics
定义源面（Define Sources）
局限
不能求解固壁面引起的的反射与散射效应 不能计算噪声对流场的反馈影响 只能计算自由空间中的噪声传播，不能求
解内部流动噪声 源数据的时间和空间分辨率决定着FW-H预
测的保真度
声类比模型求解步骤
1. 执行流场计算（ URANS, DES, and LES ） 得收敛解（统计定常）
2. 激活FW-H模型：Define -> Models -> Acoustics
）的体积分（四极子源积分）
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。
(Ma = 0.9的射流)
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
噪声的时间分辨率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。
估算频率。利用Strouhal数， 用亥姆霍兹共鸣器
；或
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
4. 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
Plot -> FFT
Solve -> Acoustic Signals
宽带噪声模型
宽带噪声模型
不需非定常计算 由湍流参数计算声强等噪声参数
Proudman模型
射流噪声模型
边界层噪声
线性Euler方程的源项
Lilley方程的源项
宽带噪声模型后处理
Acoustic Power Jet Acoustic Power Level (dB) (axisymmetric models only) Jet Acoustic Power (axisymmetric models only) Surface Acoustic Power Level (dB) Surface Acoustic Power Lilley's Self-Noise Source Lilley's Shear-Noise Source Lilley's Total Noise Source LEE Self-Noise X-Source LEE Shear-Noise X-Source LEE Total Noise X-Source LEE Self-Noise Y-Source LEE Shear-Noise Y-Source LEE Total Noise Y-Source LEE Self-Noise Z-Source (3D models only) LEE Shear-Noise Z-Source (3D models only) LEE Total Noise Z-Source (3D models only)
进一步推广到运动固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
FW-H方程求解
自由空间格林函数方法
方程的解
源面上（
+
源面之外（
）的面积分 （偶极子源，单极子源， 部分四极子源的积分）
气噪声
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
低亚声速的近场噪声，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
1. 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
2. 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
3. 执行非定常计算
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
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
定义接收器( Define Receivers )
FW-H模型后处理
读入源数据，计算
Load Index File 选源数据文件.asd 选择源面Active
source zones 选择接收器
Compute/Write
输出噪声信号(e.g., receiver-1.ard)
壁面 内部界面（interior suface）
interior surfaces
保存源数据
Source Data Root Filename, Write Frequency (in number of time
steps), No. of Time Steps per File
3. 定义源面及源数据处理选项 4. 定义接收器位置 5. 继续足够长时间的流场计算，保存源数据 6. 计算并保存声场信息：Solve -> Acoustic
Signals 7. 后处理：Plot -> FFT
激活FW-H模型
Define -> Models -> Acoustics
定义源面（Define Sources）
局限
不能求解固壁面引起的的反射与散射效应 不能计算噪声对流场的反馈影响 只能计算自由空间中的噪声传播，不能求
解内部流动噪声 源数据的时间和空间分辨率决定着FW-H预
测的保真度
声类比模型求解步骤
1. 执行流场计算（ URANS, DES, and LES ） 得收敛解（统计定常）
2. 激活FW-H模型：Define -> Models -> Acoustics
）的体积分（四极子源积分）
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。
(Ma = 0.9的射流)
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
噪声的时间分辨率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。
估算频率。利用Strouhal数， 用亥姆霍兹共鸣器
；或
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
4. 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
Plot -> FFT
Solve -> Acoustic Signals
宽带噪声模型
宽带噪声模型
不需非定常计算 由湍流参数计算声强等噪声参数
Proudman模型
射流噪声模型
边界层噪声
线性Euler方程的源项
Lilley方程的源项
宽带噪声模型后处理
Acoustic Power Jet Acoustic Power Level (dB) (axisymmetric models only) Jet Acoustic Power (axisymmetric models only) Surface Acoustic Power Level (dB) Surface Acoustic Power Lilley's Self-Noise Source Lilley's Shear-Noise Source Lilley's Total Noise Source LEE Self-Noise X-Source LEE Shear-Noise X-Source LEE Total Noise X-Source LEE Self-Noise Y-Source LEE Shear-Noise Y-Source LEE Total Noise Y-Source LEE Self-Noise Z-Source (3D models only) LEE Shear-Noise Z-Source (3D models only) LEE Total Noise Z-Source (3D models only)