轿车外流场及气动噪声的建模与仿真

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1_ANSYS CFD在汽车外空气动力学及气动噪声领域的应用和案例分享

1_ANSYS CFD在汽车外空气动力学及气动噪声领域的应用和案例分享

ANSYS CFD解决方案
高精度的湍流模型 自动化、大规模、高质量的网格工具 Model Drag (SCx) DES Exp. 0.70 DDES 0.71 DDES DES 0.75 LES 0.69
接近线性的并行加速比 支持超过一万核的并行
ANSYS CFD解决方案
不使用网格变形的优化过程
基于RBF Morph的优化案例
• 计算网格
• 使用FLUENT Meshing生成约5000万混合网格,共计10层边界层网格
• 计算条件
• 速度:100 kph • 压力基耦合求解器,对流项使用二阶迎风差分格式 • Realizable K-epsilon湍流模型,非平衡壁面函数
基于RBF Morph的优化案例
基于伴随求解器和网格变形的优化案例
优化目标:阻力降低
基于伴随求解器和网格变形的优化案例
基于伴随求解器和网格变形的优化案例
基于RBF Morph的优化案例
• Volvo公司使用ANSYS Fluent、HPC、RBF Morph和DesignXplorer, 实现了对XC60车型的空气动力学性能优化仿真。
• 计算代价较小 • • 计算域只覆盖噪声源的区域 适用于远场计算
• FW-H方法的缺点
• • • 无法考虑声音对流动的反作用 无法考虑反射 从源到接收位置之间需要有直的视线(无遮挡)
ANSYS FLUENT中的气动噪声模拟方法
• Broadband Noise Source Models • 在ANSYS Fluent的宽频噪声模型中,湍流参数通过RANS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。 • Broadband模型是CAA和“声比拟”方法的很好补充,可以采用宽频噪声模型提取有

轿车外流场及气动噪声的建模与仿真

轿车外流场及气动噪声的建模与仿真

c u d b p l d t h u o t e a t c l s n s se a d o e e d o d l o c e s d a p ia in o l e a p i o t e a t mo i n i o l i y t m n p n t o rwi ey fri r a e p l t . e v - io h n c o
Ab t a tAs a uo b l r v l d w te r a arlw i t r cs w t h u fc f t e v h ce b d t e e a e sr c : n a tmo i t e s o n h o d, i o n ea t i t e s r e o h e i l o y o g n r t e a f h a a r d n mi n ie W i d n ie c n b u t u w ih c n a n y p se g r a d ma e i df c l t o v re wi t e e o y a c o s . n os a e q i l d, h c a n o a s n e s n k t i ut o c n e s t oh r eo i h p s e g r . i E n ih h l te r t i p p r c l u ae h i d n ie o e il . h e u t e e lt a h a s n e s W t L S a d L g t i h o y, s a e ac l ts t e w n os fa v h ce T e r s l r v a h tt e h l h s
本 文 针 对一 款 自主 品 牌轿 车采 用 C D 方法 计 F
算汽 车 外流场 , 进行声 学 分析 , 并 找到 了导 致风 噪偏

汽车气动噪声的数值模拟分析

汽车气动噪声的数值模拟分析

汽车气动噪声的数值模拟分析随着车辆性能的提高及高等级公路的建设,车辆的速度越来越快,车辆外流场的气动噪声以车速的6次方的数量增长。

因而,当车辆的其它噪声得到有效的控制后,车辆的气动噪声就变得尤为重要了。

70年代,研究人员发现,车速为70km/h的情况下,气动噪声的范围为62~78dB,而在速度为110km/h的情况下,气动噪声的范围达到80~90dB。

新的研究表明,车速超过100km/h,气动噪声对车外噪声的影响己超过了其它噪声。

数值模拟方法可在新车设计初期的造型阶段进行气动噪声的预测,为选型及造型参数修改提供依据,从而可以较早地得到较理想的产品,避免产品缺陷。

文章以一款车型为例进行了气动噪声的数值模拟。

1湍流模型的选择气动噪声模拟可以选择几种不同的数值方法,大涡模拟可以得到精确的模拟效果,但要求生成的网格质量好,计算比较耗时。

在产品设计的初始阶段,往往需要噪声的大致分布情况,基于模型的噪声源方法可以解决这一问题。

模型的湍流动能输运方程:湍流动能耗散率输运方程:2模型网格的划分和计算域的建立模型是在CATIA软件上建立的,然后导入ICEMCFD软件中进行网格划分。

为了提高计算的效率,对模型的底部进行了简化处理。

根据经验,流场仿真计算所取的计算域到达一定的大小时,汽车的流场就不再受计算域大小的限制。

假设汽车模型长为L,宽为W,高为H,则计算域的取法为汽车前部取3L,侧面取4W,上部取5H,汽车后部取7L。

为了解决汽车求解域大,网格数目多的难点,按照离车身的距离不同,网格的大小也不同:离车身近的区域网格划分比较密,使之能够清楚的表现车身表面附近的细致情况。

而远离车身的区域,网格可以适当的稀疏,以减少网格的数量,节约计算时间。

最终网格划分结果如图1所示,网格数1369839。

3边界条件1)入口边界。

入口边界为速度边界。

2)出口边界。

出口边界为压力边界。

3)地面边界。

假设汽车行驶的工况:在静止的空气中(无风条件下)、平直的路面上等速直线运动。

汽车外流场的数值模拟

汽车外流场的数值模拟

摘要随着汽车技术的发展以及道路交通的完善,汽车实用车速大大提高,汽车空气动力学成为汽车行业的重点研究方向之一。

本文采用CFD方法对某轿车进行三维外流场的数值建模。

本课题运用UG绘制出实车的1:1三维模型。

在建立仿真模型过程中,考虑到仿真时间与计算机硬件问题,对实车部分细节做出相应的简化。

然后利用ICEM软件建立有限元模型。

本文采用四面体+三棱柱网格混合方案划分网格,并采用密度体包围整个轿车,以对其周围计算区域进行网格加密处理,并对轿车表面面网格做局部细化。

选用Realizablek- 湍流模型,并在其近壁面采用标准壁面函数以提高车身表面流动的模拟精度。

最后利用FLUENT进行模型分析,得出车身表面压力分布图和速度矢量图,通过分析整车表面速度和压力特性,了解气流运动规律和情形。

并通过仿真所得结果计算出该轿车的气动阻力系数与升力系数。

根据本文仿真结果并结合轿车造型可以看出,对于轿车,由于流线型造型特点,其气阻力系数相对较小,但是气动升力系数不稳定。

而对于轿车这种高速行驶的汽车,出于安全与稳定性考虑,降低其气动升力比减小气动阻力有着更实际的意义。

关键字:计算流体力学数值模拟气动阻力气动升力AbstractAs the development of automobile technology and improved transport facilities, The vehicle`s Practical Velocity has greatly been improved, vehicle aerodynamics has already been one of the key research directions in the automotive industry. this paper builds a three-dimensional flow field numerical simulation model for a coupe with the existing method of CFD.The project builds the three-dimensional model of real car (l:l) with the use of UG. During the modeling process, there are some simplifications for some of the details of real car, thinking about the simulation time and computer hardware problems. Then this essay builds the finite element model with the ICEM software. In this paper, tetrahedral + Prism hybrid mesh program was used, and the whole couple surrounded by density Body to define the grid surface area. Realizable k- turbulence model used, and Standard wall function near the wall to enhance the body surface flow simulation accuracy. Finally, after the analysis of the model with the use of FLUENT,we obtains the body surface pressure distribution and the velocity vector. through the analysis of vehicle’s surface speed and pressure characteristics, we can understand the laws and situations for air movement. It’s shows that the simulation results obtained meets the flow field characteristics and laws. Then the coupe’s aerodynamic resistance coefficient and lift coefficient can be calculated from the result of the aerodynamic simulation.According to the simulation results and the coupe modeling we can seen that, for the coupe, due to its aerodynamic modeling features, the aerodynamic drag coefficient is relatively small, while the aerodynamic lift coefficient instable. For such a high-speed coupe car, out of considerations of security and s tability, it has more and more Practical significance to reduce the aerodynamic lift than aerodynamic drag.Key words: Computational fluid dynamics: Numerical simulation: Aerodynamic Resistance coefficient; Aerodynamic lift coefficient;目录1 绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 汽车空气动力学的研究方法 (1)1.2.1 实验研究 (2)1.2.2 理论分析 (2)1.2.3 数值计算 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.3.1 国外空气动力学发展现状 (3)1.3.2 国内空气动力学发展现状 (4)1.4 本文研究内容 (5)1.4.1 研究目标 (5)1.4.2 研究内容 (5)1.4.3 技术关键和难点 (6)2 汽车空气动力学气动特性研究 (7)2.1 空气动力学基本理论 (7)2.1.1 空气的基本物理属性 (7)2.1.2 气流运动的基本方程 (9)2.1.3 粘性流基础 (10)2.2 汽车的气动力与气动力矩 (12)2.3 气动力对汽车性能的影响 (15)2.3.1 气动力对汽车动力性的影响 (15)2.3.2 气动力对燃油经济性的影响 (16)2.3.3 气动力对汽车操纵稳定性的影响 (17)2.4 汽车流场的组成 (17)3 汽车外流场数值模拟理论基础 (19)3.1 汽车外流场的基本假设 (19)3.2 基本控制方程 (19)3.2.1 质量守恒方程(连续性方程) (19)3.2.2 动量守恒方程 (20)3.2.3 能量守恒方程 (20)3.3 数值离散化方法 (21)3.3,1 常用数值离散化方法 (21)3.4 湍流模型 (25)3.4.1 湍流模型的分类 (25)3.4.2 常用湍流模型 (25)4 汽车外流场的数值模拟 (28)4.1 几何模型的建立 (28)4.2 计算区域的确定 (28)4.3 网格的划分 (29)4.4 边界条件的确定 (30)4.5 求解器的选择 (30)4.6 收敛性判断 (30)4.7 汽车数值结果模拟与分析 (31)4.7.1 车身外流场分析 (31)4.7.2气动主力计算及性能分析 (39)总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录A英文原文 (43)附录 B汉语翻译 (50)1 绪论1.1 研究背景与意义汽车空气动力学是研究空气流经汽车时的流动规律及其与汽车相互作用的一门科学。

汽车气动噪声的数值仿真与研究

汽车气动噪声的数值仿真与研究

汽车气动噪声的数值仿真与研究作者:孟繁桐来源:《世界家苑·学术》2017年第10期摘要:对小车模型进行仿真共分为三个阶段:稳态计算阶段、稳态噪声阶段以及瞬态计算阶段。

通过数值计算得出结论:网格疏密程度对噪声结果产生影响;迎风区域受到的压力数值最大,而噪声数值较大的区域往往发生在形状变形的位置处,例如A柱、后视镜以及位置处。

关键词:数值计算;稳态流场;气动噪声;分离涡模拟1 前言在高速运行下,气动噪声成为了主要噪声来源。

数据表明[1],当汽车行驶速度每提升10km/h,声压级增加约2.5dB,突变位置处激发的气动噪声大致与速度的六次方成正比。

采用数值模拟研究汽车气动噪声经历了一个过程[2],1999年Leep提出了简化的汽车模型。

2003年Bipin Lokhande模拟无限大的计算区域。

2004年Murad对简单倾角的A柱模型结构进行数值仿真。

2005年Vedy采用CAA方法对汽车后视镜模型进行数值仿真。

2010年同济大学采取DES、RANS和LES组合方法研究汽车后视镜影响下的流场分布。

2013年Christoph Reichl分别采用四面体、六面体网格进行数值仿真。

本文采取数值模拟方法对车身模型进行声学研究分析。

2 整车气动噪声特性分析本节以整车为例,初步了解汽车的气动噪声特性,分别从流动和气动噪声的角度分析整车的气动特性,总结汽车外形对于气动噪声的影响规律。

2.1 整车模型与计算域本次数值计算采用简化轿车模型,将后视镜部件进行省略。

模型按照1:1比例进行建模,车长为3588mm,车身高度为1527mm。

整车模型放置在长方体的虚拟风洞中,车身前部计算域长度选取为14457mm,车身后部计算域长度选取为37026mm,车顶上部计算域长度为13705mm,车身旁横向计算域长度为5251mm。

由于小车左右两部分可以近似认为对称的,所以对小车进行简化处理,即将计算域以及小车模型从中间对称线平均分开成左右两部分,数值计算时仅对其中一部分进行计算。

风雨场条件下汽车乘员舱气动噪声数值模拟

风雨场条件下汽车乘员舱气动噪声数值模拟

FRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨汽车在低速行驶时,车内噪声主要是发动机噪声和路面轮胎噪声,当汽车速度超过80km/h时,风噪占主导地位[1]。

风噪是一种空气动力性噪声,封闭乘员室内部的气动噪声声源项主要是偶极子声源,偶极子声源是是由车身表面湍流边界层内的扰动、表面脉动压力共同引起的。

如今,越来越多学者、专家致力于对风噪的研究,他们从实验、理论分析、数值模拟这三个方面出发,在讨论汽车流场、汽车风噪分析技术和降低汽车风噪方面提供了许多新思路和要点。

邹锐[2]运用CFD方法对某车型进行了外流场瞬稳态仿真,稳态上分析了外流场气流流动状况及气流分离情况,机舱盖尾涡、A柱涡、后视镜尾涡的形成、发展以及对车内噪声的影响,瞬态上在A柱、后视镜和侧窗玻璃上选取了若干监测点,从流场与声场上具体分析了车外湍流对该区域的影响。

宗轶琦[3]运用LES与FE-SEA方法对车内噪声进行了研究,发现了FE-SEA模型在20-100Hz能够较为准确的捕捉车内噪声响应峰值,但与实车道路试验对比,计算精度略逊于FEM模型;在200-500Hz区域,FE-SEA模型相比于FEM模型、SEA模型、BEM模型,计算精度最高;在500Hz以后的高频区域内,FE-SEA模型也能保证较高的计算精度。

然而这些研究都仅限于研究汽车由于气流分离产生的气动噪声,也即只考虑了由单相流工况下的气动噪声,没有考虑到多相流工况下的气动噪声,如汽车在雨天行驶时,就属于气液两相流工况,因为此时的环境变量既包括空气,又包括雨滴。

这里例举一些其他机械在气液两相流工况下的响应情况。

曾广志[4]对风雨环境下桥上城际列车的运行安全性做了研究,研究结果表明:列车和桥梁迎风侧表面附近的雨滴密度随着侧风风速和风向角的增加而增加,较之于无雨工况下,在有雨条件下列车的表面压力、侧向力和倾覆力矩系数有增大的趋势。

张坻[5]等对输流管道的两相流噪声进行了研究,研究结果表明:由于管道中的气泡生成与发展和两相流产生的压力脉动和速度脉动是两相流噪声产生的根本原因,低马赫数下,偶极风雨场条件下汽车乘员舱气动噪声数值模拟宗轶琦1 陶海1 沈辉1 杨易2 罗泽敏31.扬州大学 机械工程学院 江苏省扬州市 225127 2.湖南大学 机械与运载工程学院 湖南省长沙市 4100823.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院 广东省广州市 516434摘 要:本研究以某汽车为研究对象,基于数值模拟探讨不同降雨量工况下的汽车乘员舱气动噪声声压级水平。

气动噪声的数值模拟和研究

气动噪声的数值模拟和研究

气动噪声的数值模拟和研究气动噪声是一种由于气流经过物体或是空气之间互相摩擦时产生的声音。

这种噪声的来源广泛,从家用电器、汽车发动机到风力发电机、飞机引擎都可能会产生气动噪声。

随着工业化和城市化的发展,气动噪声已经成为人们生活中不可避免的一部分。

因此,为了改善人们的生活环境和促进工业的健康发展,对气动噪声的数值模拟和研究显得尤为重要。

气动噪声的数值模拟是基于数值计算方法的研究,其核心是CFD(计算流体力学)。

CFD是应用数学、物理和计算机科学的学科领域,是一种通过数字方法解决流体运动方程的技术。

在CFD的数值计算中,气体或流体流动过程中的各种参数和特性都能够通过数值计算得出,这样就能够较好地模拟出气动噪声的产生过程。

数值模拟能够提供详尽的求解结果,在气动噪声研究中被广泛应用。

通过优化流体流动过程和物体的形状,能够减轻或消除气动噪声的产生。

例如,针对风力发电机叶轮的气动噪声问题,可以对其外形进行优化,并通过数值模拟得出不同形状的叶轮在不同条件下的噪声效果,以此来选择最优解。

气动噪声的数值模拟需要依靠多重参数,包括风速、压力、粘度等。

这些参数对噪声的产生和传播都有影响,并且相互之间的关系也会影响噪声的产生情况。

因此,数值模拟是一项复杂的工作,需要结合实际测试数据和理论研究,才能得出准确的结果。

除了数值模拟,还可以通过实验手段来研究气动噪声。

实验是一种验证数值模拟结果的有效方法,也能够直接获取噪声产生时的音压级和声学能量等参数。

然而,实验也存在着成本高、时间长、数据难以获取的问题。

因此,气动噪声的数值模拟研究在实际应用中更为常见。

气动噪声不仅对人们的生活和工作造成影响,而且还可能对环境产生影响。

随着环保意识的提高,人们开始越来越关注气动噪声的研究和处理。

气动噪声的数值模拟和研究为人们提供了一种有效、可靠的方法,能够更好地把噪声控制在合理范围内,实现更高效、更环保的工业和生活方式。

总之,气动噪声的数值模拟和研究是一个不断发展和完善的领域。

基于CFD的三种轿车模型外流场仿真及气动性能比较

基于CFD的三种轿车模型外流场仿真及气动性能比较

基于CFD的三种轿车模型外流场仿真及气动性能比较武浩浩【摘要】建立直背式、快背式和折背式轿车的简化模型,导入Fluent前期处理软件GAMBIT,在GAMBIT中建立汽车绕流场的三维物理模型。

用结构化网格对简化的汽车模型外流场划分网格,在计算流体力学软件FLUENT中采用N-S方程及SIMPLE算法求解阻力和力矩。

模拟出相同速度下三种轿车模型的气动压力场和速度场,计算出气动阻力系数、升力系数及阻力矩系数。

并通过车尾空气流态的模拟,对三种车身空气绕流的空气动力特性进行了研究。

通过比较,解释了这三种车身造型与气动力特性,及气动力特性与汽车性能的关系,为轿车车型产出比的决策及汽车造型优化设计提供参考。

【期刊名称】《管理工程师》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】4页(P49-51,66)【关键词】轿车模型;压差阻力;CFD【作者】武浩浩【作者单位】中国矿业大学机电工程学院【正文语种】中文【中图分类】U469.11一、引言国际油价的不断飙升和环境对低碳的要求以及国内汽车行业竞争的日益加剧,提高燃油利用率成了汽车制造业越来越重视的问题。

而汽车在高速行驶时燃油利用率的高低,有很大一部分取决于车身造型的空气动力学特性.现代汽车按美国环保署(EPA)城市/高速公路混合循环的平均能耗分解数据显示,汽车驱动轮有效机械能约53%被用来克服风阻,47%用来克服其他阻力。

在风阻中,有85%左右为压差阻力,其余为空气与车身摩擦产生的阻力。

压差阻力中,汽车尾流占至少90%。

另外车身造型的空气动力学特性还会影响汽车的美观和清洁。

因此,通过研究汽车外流场压力分布求得阻力系数,再进行比较得出几种轿车的空气动力特性,可以使用户对轿车的选购趋于理性,也可以为制造商对不同车型的生产提供决策参考。

二、流场控制方程传统的空气动力学实验多以成本高、周期长、设备庞大的风洞实验为主,但是随着计算机技术的发展,设计人员的研究重点逐渐转向计算流体力学(CFD)及其相关应用软件的开发应用。

汽车空调风道气动噪声仿真方法研究

汽车空调风道气动噪声仿真方法研究

汽车空调风道气动噪声仿真方法研究
汽车空调风道气动噪声仿真方法研究
汽车的空调发动机有着不可替代的地位,但是空调发动机的性能决定
着车辆内乘坐者的舒适度。

汽车空调风道气动噪声仿真方法的研究,
可以使得汽车空调更加节能、给用户更好的驾驶体验。

本文将介绍汽
车空调风道气动噪声仿真方法的研究,并讨论如何有效的开展这一项
研究。

首先,对汽车空调风道气动噪声的特性进行分析,这是研究的关键。

主要包括噪声的频率特征、时间和频率的分布特征以及频率和方向的
分布等。

然后,针对特征分析的结果,利用实验数据,通过利用数学模型分析,构建汽车空调风道气动噪声数值仿真模型。

该模型主要以场方程作为
基础,结合扩散方程和弹性力学方程,综合考虑影响噪声产生的各种
因素,使相关参量包括声压级、噪声谱密度等数值得以计算。

接着就是如何衡量汽车空调风道气动噪声仿真模型的准确性。

由于模
型和实际情况的差异,空调隔音的情况较为复杂。

因此,可以采用声
功率谱特征指标,将实际测量声功率谱和模拟计算的声功率谱进行比较,从而实现对仿真模型的评价工作。

此外,实验验证是汽车空调风道气动噪声仿真模型研究的最后一步。

可以在实际的汽车空调系统中对各种参量进行测试,并将测试结果与
仿真模型计算结果进行比较,验证仿真模型的准确性,保证仿真结果
的可靠性。

以上就是汽车空调风道气动噪声仿真方法的研究简介,它可以实现对汽车空调系统性能的有效评估,为汽车空调技术的研究提供了有力的技术支持。

通过本文介绍,希望能够给各类技术人员提供可靠的技术解决方案,以促进汽车空调技术的发展和应用。

轿车的外流场CFD模拟与气动特性分析(可编辑)

轿车的外流场CFD模拟与气动特性分析(可编辑)

轿车的外流场CFD模拟与气动特性分析学校代号:学号:密级:公开兰州理工大学硕士学位论文轿车的外流场模拟与气动特性分析堂僮由遣厶筵刍型连这昱垣丝刍壁驱鏊圭盘麴援埴差皇僮狃电王猩堂暄童些刍整奎牺王程诠窒握童旦期三生垒旦旦迨窒筌鲎旦塑至三生鱼旦墨旦筌燮委基金圭度??一..●,兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

吼洲三年‘月彳日作者签名:罚叛乱学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。

本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

本学位论文属于、保密口,在年解密后适用本授权书。

,、不保密≤请在以上相应方框内打“√”矿枣畚三作者签名:移期期多年年日日导师签名: ‘/弓岁今夕勿论盯吖/硕士学位论文目录摘要??.插表索引一插图索引?第章绪论.课题研究背景及意义?...课题研究背景..课题研究意义...汽车空气动力特性对经济性的影响?. .国内外研究现状综述?...国内外汽车空气动力学发展现状..国内外汽车流场数值模拟的发展现状?.本文研究内容?.第章汽车空气动力学基础理论??...空气的基本物理属性?...空气的密度..空气的粘度..空气的压缩性.流体与流动的基本特性..理想流体与粘性流体..牛顿流体与非牛顿流体?..可压流体与不可压流体?..定常流与非定常流..层流与湍流.流体力学中的基本方程...连续性方程..伯努利方程.汽车车身扰流与气动理论..气动力与气动力矩??....气动阻力...气动升力及纵倾力矩?...车身表面的压力分布一.本章小结第章汽车外流场数值模拟理论基础..汽车外流场数值模拟特点?..轿车的外流场模拟与气动特性分析.汽车外流场数值模拟的难点...空气的两种近似法?...基本控制方程?..质量守恒方程连续性方程?....动量守恒方程?..能量守恒方程?..数值计算方法?..常用数值计算方法??....有限体积法??...有限体积法的常见离散格式?. ..的求解方法.常用湍流模型....单方程.模型?.. 模型....大涡模拟??..本章小结??..第章外流场数值模拟..几何模型的建立??...计算区域的确定??一.网格的划分?....网格策略....计算网格的生成..边界条件的设定??...求解器的选择....基于压力的求解器??...基于密度的求解器??..湍流模型选取....模型?.. 模型..雷诺应力模型..大涡模拟模型..收敛性判定?...本章小结??..第章模拟结果与分析..原始模型外流场分析?.轿车车身前部结构的气动特性分析..车头后倾角对车身气动特性影响的分析??.硕士学位论文..挡风玻璃与发动机罩的倾斜角对车身气动特性影响的分析..轿车车身尾部结构的气动特性分析....后风窗斜角对整车气动特性影响的分析??....轿车车身尾部上翘角的气动特性分析..轿车离地间隙的气动特性分析??...国产某型家用轿车的气动造型优化设计?...本章小结第章总结与展望??..全文总结.展望?..参考文献?致谢??..附录攻读硕士研究生期间发表的论文??.硕士学位论文摘要汽车空气动力学是研究空气与汽车相对运动时的现象和作用的一门科学。

机动车辆消声器的流体噪声与流场模拟

机动车辆消声器的流体噪声与流场模拟

机动车辆消声器的流体噪声与流场模拟随着城市化的快速发展和人们生活水平的提高,机动车辆已成为现代社会中不可或缺的一部分。

然而,机动车辆所产生的噪声也给城市生活环境带来了不可忽视的影响。

为减少机动车辆噪声对人们的困扰,研究者们致力于改进机动车辆消声器的设计以降低噪声产生。

在消声器设计的过程中,流体噪声与流场模拟成为重要的研究内容。

机动车辆噪声的主要源头之一是发动机排气系统。

在汽车发动机中,燃烧产生的高温高压气体通过排气管进入消声器,在消声器中经过一系列的膨胀与膨化过程,最终被排放到大气中。

这个过程中,气体通过消声器内部的复杂结构,引发了许多流动现象,从而产生了噪声。

因此,如何通过优化消声器的内部结构,减小气体流动引起的噪声就成为一项重要的任务。

研究者通过流体噪声与流场模拟的方法,可以对机动车辆消声器的内部流动特性和噪声产生机理进行详细研究。

在进行流体噪声模拟时,研究者通常会采用计算流体力学(CFD)方法,通过数值计算来模拟消声器内部气体的流动情况。

这种方法能够精确地描述气体在各个区域的压力、速度和温度分布,进而获得消声器内部流场的各种参数。

在进行流场模拟时,首先需要建立消声器的几何模型。

消声器的几何模型通常是根据实际生产的消声器设计图纸来构建的。

基于这个几何模型,研究者可以使用CFD软件进行网格划分,并设置相应的边界条件,以模拟气体在消声器内部的流动情况。

在进行流体噪声模拟时,研究者通常会将气体视为一个可压缩流体,并使用Navier-Stokes方程组来描述气体的运动。

通过求解这个方程组,可以得到消声器内部气体的压力、速度和温度分布。

同时,研究者还可以利用声学传递函数(ATF)等方法,将气体流动的特性转化为噪声的产生机理。

通过这样的方法,研究者可以分析流动现象对噪声产生的贡献程度,进而指导消声器的设计与优化。

流体噪声与流场模拟在机动车辆消声器设计中的应用非常广泛。

通过对消声器内部流场的模拟与分析,研究者可以确定消声器的关键部位,如进气口、内壁结构或出气口等,从而指导消声器的优化设计。

1_ANSYS CFD在汽车外空气动力学及气动噪声领域的应用和案例分享

1_ANSYS CFD在汽车外空气动力学及气动噪声领域的应用和案例分享

基于宽频噪声模型的整车气动噪声分析案例
计算网格
激活宽频噪声模型
基于宽频噪声模型的整车气动噪声分析案例
偶极子噪声源
四极子噪声源对总噪声源的影响
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邮编:100025
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Boat tail angle Long roof drop angle Green House Angle Front Spoiler Angle
Min
- 1.85 - 2.30 - 0.70
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Max
+ 1.85 + 1.50 + 0.70 + 3.80
关键问题
1. 燃油消耗率 2. 冷却气流和阻力的权衡
汽车高速运行时, 克服气动阻力所需 的燃油消耗占主导
冷却气流和阻力的权衡
关键问题
3. 泥、水附着 4. 车辆涉水
如何最小化附着?
如何防止水飞溅到风挡或 侧窗玻璃上?
CFD的优势
1. 成本,速度
CFD仿真:低成本,速度快
风洞试验:高成本,速度慢
• • 瞬态计算需要使用很小的时间步长,计算很长的物理时间 非常细密的网格,网格数量十分庞大


多用于近场噪声计算,远场噪声计算需要较大的计算域,计算量陡增
由于声压级远小于流体的压力,需要使用高精度的离散格式
ANSYS FLUENT中的气动噪声模拟方法
• Segregated Source-Propagation Methods (SSPM) • 对于中场和远场噪声模拟,ANSYS Fluent采用基于Lighthill的“噪声比拟”方法,作 为CAA方法的补充是ANSYS Fluent中计算代价较小的方法之一。“噪声比拟”方法不 同于CAA方法,它把波动方程和流动方程解耦,在近场流动解析采用适当的控制方程 比如非定常雷诺平均、DES分离涡或LES大涡模拟等方法,然后再把求解结果作为噪声

汽车空调气动噪声试验研究及基于lbm方法直接模拟的工程应用

汽车空调气动噪声试验研究及基于lbm方法直接模拟的工程应用

汽车空调气动噪声试验研究及基于lbm方法直接模拟的工程应用汽车空调的气动噪声是指空调系统在运行过程中,由于气流流动产生的噪声。

为了研究和降低汽车空调的气动噪声,通常需要进行试验研究和应用数值模拟方法。

试验研究主要通过在实际汽车空调系统中布置传感器,测量空气流动时产生的噪声。

试验可以分为室外试验和室内试验两种形式。

室外试验可以通过在车辆运行时收集噪声数据,测试不同工况下的噪声特性。

室内试验可以在实验室环境中进行,通过模拟真实工况,测量空调系统在不同参数下的噪声特性。

试验数据可以用于分析空调系统的噪声源和传播路径,以及评估不同噪声控制措施的效果。

基于LBM(Lattice Boltzmann Method)方法的数值模拟可以直接模拟汽车空调的气动噪声。

LBM是一种基于分子动力学原理的计算流体力学方法,能够模拟复杂的流动现象。

利用LBM方法,可以建立汽车空调系统的流动模型,并通过计算流场的压力和速度分布,获得噪声源的分布和传播路径。

同时,LBM方法还可以模拟空气流动对振动对象的激励产生的噪声,从而更准确地预测汽车空调的气动噪声。

基于LBM方法的数值模拟在工程应用中具有广泛的应用前景。

通过快速构建流动模型和计算流场的压力和速度分布,可以进行噪声源的定位和噪声传播路径的分析。

同时,LBM方法还可以预测不同参数对噪声的影响,为改善汽车空调系统的设计提供科学依据。

此外,LBM方法还可以与声学模型相结合,进一步分析噪声的频谱特性和传播特性,为噪声控制提供技术支持。

总之,汽车空调气动噪声试验研究和基于LBM方法直接模拟的工程应用,对于改善汽车空调系统的噪声性能具有重要的意义。

通过试验研究和数值模拟相结合,可以深入分析汽车空调系统的噪声特性,优化设计方案,提高产品质量和用户满意度。

汽车外场气动噪声仿真与计算

汽车外场气动噪声仿真与计算
( . c o l f c a ia E gn eig H n nU ies yo T c n lg , h z o n 10 7 C ia 1 S h o Me h nc l n ie r , u a n v r t e h oo y Z u h uHu a 4 2 0 , hn ; o n i f n 2 Sae e a o a r f v n e e ina dMa ua tr r e il B d , n nv ri , h n s a 10 2 C ia . t yL b rt yo a c dD s n n fcue o hce o y Hu a U ie s y C a gh 0 1 , hn ) tK o Ad g f V n t 4
Th i u ain a dCac lto fCa t edAe o y mi o s s eS m lto n lu ai no rOu f l r d na cN ie i
W a g hn ,Gu hn q ,W a g n a u j n e Z eg i Z n g ,F n ni Ni Z n
汽车 外场 气动噪 声仿真 与计算
王 振 ,谷正气 ,王 宁 ,凡遵金
(. 1 湖南工业大学 机械 工程学 院 ,湖南 株洲 4 20 ; 10 7
2 湖南大学 汽车车身先进设计 制造国家重点实验室 ,湖南 长沙 4 0 1 . 10 2)
摘 要 :利 用 F UE L NT软件 ,对汽 车的外场远 点噪 声进行仿 真计算 :通过稳 态计算 ,得 出汽 车车身的表 面 声功 率和 声 源分布 情 况 ,对车 身 的噪 声源进 行定 性 分析 ;通 过 瞬态计 算 ,得到 车 身外场 某点噪 声 的声压
A b t a t : A itn o n o s fc ro t e d i i u ae n ac lt d wi o t r eFLUENT: h o g h sr c d sa tp i tn ieo a u f l Ssm lt d a d c l u ae t s fwa i h tr u hte

《汽车噪声模拟案例》PPT课件

《汽车噪声模拟案例》PPT课件

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Frequency [Hz]
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Copyright Free Field Technologies
载荷方式2-扩散声场激励
T ransparence acoustique - Comparaison simulations ACT R AN/mesures BMW S閞ie 3
Actran/ICFD – Fourier Transform TWPF into the frequency domain
Actran/VI – Post-processing Color map, pressure plot ...
Actran VibroAcoustics Acoustic computation Use of the TWPF excitation into
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PVB Glass
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Copyright Free Field Technologies
载荷方式1-点力载荷
Acceleration [m/s2]
Windshield – Modal analysis, free-free BC
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simulation experimental
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目录
PROBLEM 1: 风噪声模拟 PROBLEM 2: 结构振动噪声辐射 PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析 PROBLEM 4: 空调噪声分析 PROBLEM 5: 进排气系统声学分析 PROBLEM 6: 整车声学分析 PROBLEM 7: 密封条隔声分析 PROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声 PROBLEM 9: 轮胎噪声

汽车空调风道气动噪声仿真方法研究

汽车空调风道气动噪声仿真方法研究

汽车空调风道气动噪声仿真方法研究卿宏军;刘杰【摘要】为寻求汽车空调风道气动噪声一种高效高精度的仿真方法,基于德国整车企业联合发布的标准风道模型,对比研究了声类比法、直接模拟法和联合仿真分析法的优劣,并重点分析了声源面对声类比法精度的影响.首先,采用RNG湍流模型与SST k-ωDES模型分别对其稳态流场与瞬态流场进行求解,然后采用声类比法、直接模拟法和联合仿真法分别求解远场辐射噪声问题,仿真与试验结果表明:RNG湍流模型捕捉的风道内时均流场特征与PIV测量结果基本吻合;SST k-ωDES模型求解的风道内壁面脉动压力频谱仿真值与试验值基本一致;而在常用的几种仿真方法中,以出风口处环绕射流的可穿透面为声源面的声类比法求解精度最优.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2018(040)011【总页数】6页(P1370-1375)【关键词】汽车空调风道;气动噪声;湍流;精度【作者】卿宏军;刘杰【作者单位】湖南大学机械与运载工程学院,长沙 410082;常州湖南大学机械装备研究院,常州 213164;湖南大学机械与运载工程学院,长沙 410082【正文语种】中文前言汽车空调噪声严重影响车内乘坐环境的舒适性,与传统动力汽车相比,电动汽车由于缺少发动机噪声的掩蔽,该问题尤为明显。

气动噪声作为空调噪声主要成分,一般由两部分组成:第一部分为鼓风机运转时产生的噪声,通过混合箱、风道和出风口向外辐射传播;第二部分为气流流经各结构时,由于气流通道结构的改变导致气体在其结构内部形成涡流而产生气流再生噪声。

大量研究结果表明,风道气流再生噪声是中高频空调噪声的主要来源[1]。

因此,在设计阶段基于CAE技术预测其噪声强度可降低开发成本和风险。

2008年,奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷和大众等德国整车企业联合发布了一个简化风道模型及其相关的试验结果,并基于有限体积方法和格子玻尔兹曼方法进行数值仿真与验证,但并未开展远场声辐射仿真分析方法研究[2]。

汽车车身外流场计算模型及仿真

汽车车身外流场计算模型及仿真

汽车车身外流场计算模型及仿真引言汽车在行驶的过程中不可避免的要与周边空气发生相互作用,随着车速的增加,这种相互作用会愈加的剧烈。

空气对在行驶中的汽车施加力和力矩,从而影响汽车的行驶。

所以,在汽车开发过程中,研究并优化汽车的空气动力性能非常重要。

另外,汽车的空气动力学性能不仅影响着汽车的燃油经济性,同时也对汽车的动力性、稳定性和操作性等方面有着巨大的影响,所以现代汽车设计越来越关注汽车的空气动力性能研究。

随着计算机技术的迅猛发展,对汽车结构分析的技术已基本成熟,且对更为复杂的流动问题的模拟计算也在不断的发展,其中计算流体力学( Computational Fluid Dynamics 简称CFD) 受到了越来越多的关注。

计算流体力学已从定性的分析发展到定量的计算,其应用也从最初的航空领域不断的扩展到包括汽车在内的多个领域[1-3] 。

新车型的开发过程中,空气动力性能分析是必不可少的。

利用数值模拟的方法对汽车行驶中的外流场进行分析能够用来预测或解决一些理论及实验都无法处理的复杂流动问题,并能取代部分实验环节。

但要求对问题的物理特性有足够的了解,才能建立合适的数学方程及相应的初始、边界条件等,这些都离不开实验和理论方法的支持。

目前,数值方法主要是应用欧拉方程和纳维-斯托克斯方程。

在汽车设计的研究分析领域,数值方法与传统的研究方法相结合,能够有效地改善汽车性能、节约研究资金、提高研究效率。

汽车车身外流场计算模型及仿真是计算流体力学在汽车外流场分析方面的应用研究之一[4-8] 。

本文通过建立汽车车身外流场的计算模型,利用计算流体力学方法和适当的矩阵代数算法,基于Fluent 仿真平台,分析研究汽车车身的空气动力性能。

1 汽车车身绕流的数学模型流场运动中,流场运动基本方程是根据基本物理定律质量守恒、动量守恒、能量守恒定律按一定的流体流动模型推导的。

对于空气来说,当风速小于三分之一声速时,也就是风速小于408km/h,可以认为是不可压缩气体。

机动车辆消声器的气动流场模拟与优化

机动车辆消声器的气动流场模拟与优化

机动车辆消声器的气动流场模拟与优化在现代社会中,由于机动车辆的大量使用,交通噪声已成为城市环境中的一个重要问题。

为了减少机动车辆排放的噪声,消声器被广泛应用于汽车和摩托车等车辆中。

消声器的设计与优化是降低噪声污染的关键步骤之一。

气动流场模拟与优化方法被广泛应用于消声器的设计过程中,以提高其噪声消除效果。

本文将讨论机动车辆消声器的气动流场模拟与优化的相关内容。

首先,我们需要了解消声器的工作原理。

消声器是通过改变汽车引擎排气的流动方式,减少噪声的发生和传播。

消声器通常由进气导管、消声腔和排气导管组成。

当汽车引擎排放废气经过消声器时,废气的流动速度和方向将发生变化,从而降低噪声的产生。

因此,消声器的气动流场模拟与优化可以帮助改善噪声消声效果。

气动流场模拟是通过数值计算方法,模拟汽车排气在消声器内的流动情况。

常见的数值计算方法包括有限元法、有限体积法和有限差分法等。

通过建立相应的数学模型和假设,可以对消声器内的气流速度、压力和温度等物理量进行计算。

同时,还可以预测不同参数下的噪声响应情况,从而为消声器的设计提供理论依据。

气动流场模拟不仅可以帮助改善消声器的噪声消除效果,还可以优化消声器的结构和材料。

通过改变消声腔和进气导管的形状、长度或角度等参数,可以改变废气在消声器内流动的方式,从而降低噪声的产生。

此外,还可以通过选择合适的消声材料,如陶瓷纤维、金属网格或聚酰亚胺等,改善消声器的噪声吸收性能。

气动流场模拟可以模拟不同参数下的消声器工作情况,帮助工程师选择最佳设计方案,并提供参考数据和结果。

在气动流场模拟和优化的过程中,还要考虑消声器与车辆其他零部件的匹配和协调。

消声器的设计需要考虑与车辆底盘的空间匹配、气动特性的协调以及制造工艺的可行性等因素。

通过综合考虑车辆整体气动特性和消声器的气动流场模拟结果,可以达到优化消声器设计的目的。

此外,消声器的气动流场模拟和优化还可以与其他相关技术结合,共同降低噪声污染。

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轿车外流场及气动噪声的建模与仿真
作者:熊可嘉,杨坤,王毅刚,李启良
来源:《汽车科技》2011年第05期
摘要:汽车高速运行时会产生空气动力学噪声,这对汽车乘坐的舒适性、车内乘客的相互交流都会有十分不利的影响。

通过CFD手段,采用大涡模拟方法和Lighthill理论,对汽车外流场进行了计算和声学分析。

结果表明,CFD不仅可以提供该车气动噪声特性,而且指出前挡风玻璃与车顶连接处、后视镜的造型、车门把手存在优化可能,这为进一步降低该车的风噪提供方向性指导。

关键词:轿车;风噪;大涡模拟;声学分析
中图分类号:U464.134.4 文献标志码:A 文章编号:1005-2550(2011)05-0042-04
External Aero Flow and Wind Noise Calculation on a Passenger Car with CFD
XIONG Ke-jia1,YANG Kun1,WANG Yi-gang2,LI Qi-liang2
(1.SAIC Motor Technical center,Shanghai201804,China;
2.Shanghai Automotive Wind Tunnel Center,Tongji University,Shanghai 201804,China)
Abstract:As an automobile travels down the road,airflow interacts with the surface of the vehicle body to generate aerodynamic noise. Wind noise can be quite loud,which can annoy passengers and make it difficult to converse with other passengers. With LES and Lighthill theory,this paper calculates the wind noise of a vehicle. The results reveal that the noise level can be further reduced by optimizing the junction of wind shield and roof. The rear view mirror style and the handle of the door.
Key words: passenger car; wind noise; LES; acoustics analysis
当空气掠过汽车的外表面,在车身上除了会产生阻力和升力之外,还会产生空气动力学噪声,也就是通常所说的风噪。

研究表明:当车速超过90 km/h时,气动噪声将成为汽车的主要噪声源之一[1-4]。

当汽车高速运行时,长时间的风噪会让人很不舒服,影响汽车的舒适性。

而且,过大的风噪,也会影响车内人员相互交流。

当前,车市竞争十分激烈,风噪水平已成为评价汽车产品好坏的重要标志。

因此,研究汽车风噪有非常重要的意义。

本文针对一款自主品牌轿车采用CFD方法计算汽车外流场,并进行声学分析,找到了导致风噪偏大的原因,为车辆品质的提升和改进提供了方向。

1 计算模型
计算所用的几何模型及面网格见图1。

为了保证网格质量,提高计算收敛性,将汽车前端进气口封闭,简化了底盘结构,省略雨刮,对发动机舱盖和前挡风窗间进行人工密封。

除此之外的其它部分,与实车相比,模型几乎保留了汽车外表面所有细部特征。

整车面网格通过Hypermesh完成。

图1 计算模型和实车
与风阻计算相比,风噪计算时汽车外表面的许多细节(后视镜、门把手……)都非常重要,网格尺寸不能过大,分布也要合理。

因此,需要十分精细地处理(见图2)。

图2 后视镜和门把手的局部网格
体网格为混合网格。

其中,边界层为棱柱型网格,厚度为0.15 mm,共四层,其它区域采用四面体网格,网格总数2 250万。

计算域为长方体,其大小为:5倍车长×7倍车宽×4倍车高(见图3)。

进口条件采用速度入口,大小为110 km/h;出口条件为压力出口;地面、轮胎、车身等设为无滑移壁面;计算域的侧面和顶面设置为对称面边界条件。

图3 计算域示意图
2 计算方法
首先进行初始流场计算。

这一过程又可分为两步:(1)初始定常流场计算;(2)初始非定常计算。

计算定常流场的目的是为非定常计算提供初始条件。

定常计算采用Realizable湍流模型。

非定常计算采用大涡模拟。

完成初始流场计算后,便进行流场采样计算,根据采样得出的非定常静压脉动,使用Lighthill声学相似理论得到远场声压。

对计算出来的远场声压进行傅立叶变换,就得到声压频谱[5,6]。

整个计算共耗时28天,其中后12天为采样时间。

3 计算结果
3.1 流场分析
在图4可以看到,车身尾部和后视镜尾部有较大尾流区。

其中车身尾部的涡心位置距离车尾约0.4 m,约0.1倍车长。

后视镜尾部涡心位置距离后视镜约0.15 m,约1倍后视镜当量直径。

图4 中截面统计平均速度
图5中的脉动速度的计算式见公式(1)。

在图5中可以看到,空气在后视镜、车尾出现严重的气流分离,形成不同尺度漩涡,从而导致强烈速度脉动,使当地速度脉动标准差可达0.25以上。

流场中的漩涡以四极子形式向车内和车外传递。

图5 截面脉动速度
(ux)/uinlet=(1)
3.2 噪声分析
在车身表面设置了许多监控点,其中部分点的位置如图6所示。

图6 监控点位置
结合图5和图7可以看到,后视镜作为汽车气动噪声主要噪声源之一,气流在后视镜表面发生边界层分离,尾涡拍打镜面,使当地声压级很大。

由于气流在支架处的加速作用,当地的声压级在图中所示的几个测点,声压级最大,达130 dB。

图7 后视镜附近部分监控点频谱
在图8中,A柱末端的测点P57,在频率约为1 000 Hz处出现峰值,这是车顶和挡风玻璃连接和密封条不合理设计所致。

该测点的声压级也较大。

图8 车身部分监控点频谱
在图9中,门把手在稍高频率对应的声压级较大。

B柱没有较明显的噪声问题。

4 总结
利用基于大涡模拟的气动噪声直接解法求解轿车风噪问题时,具有很大的优势:进行声学分析所需要的全部信息由完全由CFD仿真得到,不需要附加额外的声学模型;计算可以反映声源本身以及声传播等多种声学现象;计算体现了噪声和流场的相互作用,有助于更深入地理解噪声的产生和传播机理。

本文利用该手段,对一款自主品牌轿车进行了CFD计算和声学分析,结果表明,可以在以下三个方面对该车做声学优化:(1)前挡风玻璃与车顶连接处;(2)后视镜的造型;(3)车门把手。

参考文献:
[1] Richard G D.A study of vehicle interior noise using statistical energy analysis[J]. SAE paper 850960,1985.
[2]宋振寰,朱炳哲. 计算流体力学在模拟汽车外流场研究方面的发展状况[J]. 汽车科技,2001,(1): 5-7.
[3] George A R.Automobile aerodynamic noise[J]. SAE paper 900315,1990.
[4] Hucho W.Aerodynamics of road vehicles,4thed[M].SAE Inc,1998.
[5] Wagner C A,Huttl T,Sagaut P. Large eddy simulation for acoustic
[M].London:Cambridge University Press,2007.
[6] Peric C,Watkins S,Lindqvist E.Wind turbulence effects on aerodynamic noise with relevance to road vehicle interior noise[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,1997,69(7): 20-28.
[7] Duncan B D,Sengupta R,Mallick S,et al. Numerical simulation and spectral analysis of pressure fluctuations in vehicle aerodynamic noise generation. SAE paper 2002-01-0597,2002.。

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