ACTRAN AERO-Acoustics_Theory_complete-ACTRAN气动声学理论完整版
合集下载
AERO-Theory-completePPT课件
▪ "Aeroacoustics is concerned with sound generated by aerodynamic forces or motions originating in a flow rather than by the externally applied forces or motions of classical acoustics. Thus, the sounds generated by vibrating violin strings and loudspeakers fall into the category of classical acoustics, whereas sounds generated by the unsteady aerodynamic forces on propellers or by turbulent flows fall into the domain of aeroacoustics." ( M.E. Goldstein, Aeroacoustics, Mc Graw Hill, 1976. )
There are several strategies for solving CAA problems
▪ Direct computation: the CFD code computes the acoustic solution ▪ Hybrid method: the CFD compute a CFD field in a first step. An acosutic
solver computes the equivalent noise sources and propagates the acoustic field ▪ Semi-empirical models: not relying on unsteady CFD
There are several strategies for solving CAA problems
▪ Direct computation: the CFD code computes the acoustic solution ▪ Hybrid method: the CFD compute a CFD field in a first step. An acosutic
solver computes the equivalent noise sources and propagates the acoustic field ▪ Semi-empirical models: not relying on unsteady CFD
噪声分析软件Actran航空发动机声学问题解决方案
y 4.4 无限元技术.......................................................................................................................16
5.1.1 发动机的基本情况................................................................................................21 5.1.2 优化声衬的工况参考点........................................................................................22 5.1.3 ACTRAN 模型 .....................................................................................................22 5.1.4 阻抗优化方法........................................................................................................25 5.1.5 插入损失与优化的阻抗结果................................................................................27 5.1.6 ACTRAN 在声衬设计方面的应用.......................................................................30 5.2 排气噪声应用案例...........................................................................................................30 5.2.1 模型参数................................................................................................................32 5.2.2 计算结果................................................................................................................35 六、ACTRAN 应用前景 ...............................................................................................................40
5.1.1 发动机的基本情况................................................................................................21 5.1.2 优化声衬的工况参考点........................................................................................22 5.1.3 ACTRAN 模型 .....................................................................................................22 5.1.4 阻抗优化方法........................................................................................................25 5.1.5 插入损失与优化的阻抗结果................................................................................27 5.1.6 ACTRAN 在声衬设计方面的应用.......................................................................30 5.2 排气噪声应用案例...........................................................................................................30 5.2.1 模型参数................................................................................................................32 5.2.2 计算结果................................................................................................................35 六、ACTRAN 应用前景 ...............................................................................................................40
actran气动噪声计算原理
actran气动噪声计算原理Actran是一种流体动力学仿真软件，可以用于计算气动噪声。
在Actran中，气动噪声的计算原理是通过数值模拟来预测流体动力学系统中产生的噪声。
需要了解气动噪声的来源。
气动噪声是由流体运动引起的压力波动产生的，这些压力波动通过流体传播并转化为声波，最终达到人耳能够感知的声音。
在工程实践中，对气动噪声的减小和控制是一个重要的课题，因为它对人类健康和环境保护都有着重要的影响。
Actran的气动噪声计算原理基于声学和流体动力学的数值模拟方法。
在计算过程中，首先需要建立一个准确的流体动力学模型，包括流场的边界条件、流体性质和流体运动方程等。
这些参数将直接影响到最终的噪声计算结果。
然后，需要通过求解流体运动方程来模拟流体的运动行为。
在气动噪声计算中，通常采用Navier-Stokes方程来描述流体的运动，该方程是一组非线性偏微分方程，可以通过数值方法进行求解。
Actran使用了有限元方法和有限差分方法来离散化和求解Navier-Stokes方程，从而得到流体的速度场和压力场分布。
在得到流体的速度场和压力场之后，接下来需要计算噪声源项。
噪声源项是指在流体中产生噪声的区域，通常是流体中存在的湍流或涡流。
这些湍流或涡流会导致局部的压力波动，从而产生噪声。
Actran使用湍流模型和涡源模型来计算噪声源项，通过数值模拟来预测噪声的产生和传播。
需要进行声波传播计算，以确定噪声在空间中的传播路径和强度分布。
声波传播计算是通过声学模型来实现的，包括声波传播方程和声学边界条件等。
Actran使用了声学有限元方法和声学边界元方法来进行声波传播计算，从而得到噪声的传播路径和声压级分布。
Actran的气动噪声计算原理是基于数值模拟方法的。
通过建立准确的流体动力学模型、求解流体运动方程、计算噪声源项和进行声波传播计算，可以预测流体动力学系统中产生的气动噪声。
这对于设计和优化噪声控制措施具有重要的参考价值，可以帮助减少噪声对人类健康和环境的影响。
噪声软件Actran在列车声学设计中的应用_唐车
3
Copyright hnologies
ACTRAN软件背景
FFT和ACTRAN创立的背景
两位教授开发的Sysnoise被LMS收购后，1998年选择离开！ 11家大公司于1999~2001年组成了ACTRAN联盟，资助两位教授开发ACTRAN，并 成为第一批客户 • 雷诺、宝马、标致、菲亚特、通用汽车等 整车企业 • 立达（Rieter）、哈金森（Hutchinson）汽车配件公司 • 空客 航空 • 壳牌石油、Glaverbel能源、材料 • 德国劳埃德船级社船舶
高性能求解器与并行处理
扬声器 侧窗声传递 壳体振动辐射噪声
11
Copyright Hi-keyTechnologies
ACTRAN AeroAcoustics
流致噪声仿真工具 特性：
支持大多数的CFD软件，并经过大量实验验证； Lightill 声类比、Möhring 声类比； 在有限元网格上可以定义边界条件：
• 任何边界条件都可使用 !!! • 这是与其他处理方法(如Curle, FWH or BEM)相比，最大的优势！
可以与VibroAcoustics联合计算，进行振动/流动声学一体化分析
客户：
Daimler, BMW, VW, Delphi, Visteon, John Deere, Brothers, PSA...
ACTRAN Vibro-Acoustics
ACTRAN Aero-Acoustics
ACTRAN TM
ACTRAN Acoustics ACTRAN VI 9
Copyright Hi-keyTechnologies
ACTRAN Acoustics
声学仿真工具 典型应用
ACTRAN空调研讨会-ACTRAN软件整体介绍
Free Field Technologies operates from its headquarters in Mont-Saint-Guibert (near Brussels), Belgium, and from its offices in Toulouse, France, Tokyo, Japan, and Troy, MI, USA. Actran is used by over 250 industrial customers worldwide. FFT joined MSC Software Corporation in September 2011 and became a wholly owned subsidiary of MSC.
Exhaust Muffler
HVAC Module
Gearbox Radiation
5
Copyright Free Field Technologies
Actran VibroAcoustics
General purpose vibro-acoustic modelling tool
Large finite element and material library:
Actran TM
Exclusive tool for the modelling of noise radiation by aircraft engine and other
turbomachines
Key features:
excitation defined in terms of duct modes propagation in a non-uniform background flow accurate modelling of liners
Actran-2012用户大会-Aeroacoustic-气动声学应用功能介绍
Actran Users’ Conference 2012
12
Actran14.0 : A sneak preview
Handle loadcases with different filter_amplitude in ActranAero Burner noise
- Noise model for flame - Noise sources assumed as a monopole - Acoustic noise propagation + acoustic feedback loop
Stochastic Noise Generated Randomly
- Continue investigations on noise computed from RANS solution - Research topic, more details in next presentation
Navier-Stokes equations
Actran ICFD
Isentropic LEE
5 Partial Differential Equations
Decreasing Complexity
Hypothesis 1
Hypothesis 2
Homentropic LEE
4 Partial Differential Equations
Hypothesis 3
Möhring equation
1 Partial Differential Equation
V=0
Helmholtz equation
1 Partial Differential Equation
Hypothesis 4
声学模拟专家ACTRAN
声学模拟专家ACTRANACTRAN 是著名的声学软件提供商—⽐利时FFT 公司（FreeField Technology ）的旗舰产品。
ACTRAN 最初定位于声⾳的传播（因⽽定名为ACTRAN ），现在该产品已经覆盖了声学、振动声学、流动声学的各个⽅⾯，并⼴泛吸收融合、发展创新了当今最先进的技术。
ACTRAN 可以处理的问题包括：声波的辐射、散射、封闭和开放声场、声波在管道中的传播、对流效应、声振耦合、精确模拟阻尼等。
ACTRAN 简单易⽤，与CAE 软件的集成⽅便快捷，历经⼯程验证，具有出⾊的鲁棒性和求解效率。
ACTRAN 是当今市场上最完善的声学模拟软件。
ACTRAN 基于有限元和⽆限元⽅法，并提供了丰富的单元库、材料库、边界条件、求解配置和求解器。
ACTRAN 被最挑剔的⼯程师、研究⼈员和教师⽤来求解具有挑战性的声学、振动声学、流动声学问题。
最优秀的声学模拟软件，加上FFT 公司和海基科技专业的⽀持服务，就是您获得成功的有⼒保证。
作为计算声学领域的技术领先者，ACTRAN 的先进性主要体现在以下的六个⽅⾯：1. 完整性ACTRAN 除了包含其它计算声学软件的全部特征之外还包含了许多独有的技术特征，例如：●声波在⾮均质运动流体中的传播（应⽤于旋转机械设计以及掠过噪声的模拟）●与有限元部件分析模态结果相耦合●内含对有回响和⽆回响房间的模拟●声⾳通过复合材料/夹层结构的传输和吸收●由真实的结构激励激发的结构载荷：扩散声场、湍流边界层、随机运动学激励2. 连贯性ACTRAN 基于⼀个众所周知、经过充分验证的数值技术—有限元。
因⽽ACTRAN 与其它有限元程序保持了内在的⼀致性。
容易与其它主要的CAE ⼯具连接、结合以及⽐较。
3. 性能ACTRAN 中包含了许多特⾊解算器以提供最佳的解算性能。
例如，FFT 公司开发的⽤于快速计算频率响应函数的Krylov 解算器，它具有任意的频率分辨率，⽽且使计算效率提⾼⾄少⼀个量级，同时还带来以下优点：●完美的封装使它易于和任何有限元程序集成。
ACTRAN航空噪声模拟案例_简介
ACTRAN for NASTRAN
ACTRAN DGM
ACTRAN Vibro-Acoustics
ACTRAN Aero-Acoustics
ACTRAN TM
ACTRAN Acoustics ACTRAN VI 6
Copyright Free Field Technologies
Some Aerospace Customers
服务: 培训, 技术交流, 工程咨询, 特别开发 科研:FFT参加众多科研项目，从风机噪声、机身壁板声学设计、环控系
统噪声、航空发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。
5
Copyright Free Field Technologies
The ACTRAN software suite
ACTRAN feature
支持详细e 玻璃棉
10
Copyright Free Field Technologies
ACTRAN典型应用2-环控系统声学设计
研究声波在环控系统管道内的传播 影响管道声学性能的多种因素
横截面形状 固定装置 管壁材料、厚度
FFT-海基盛元
ACTRAN在航空工业的应用
李奇 博士
Copyright Free Field Technologies
内容
飞机噪声源
ACTRAN 产品介绍
ACTRAN在航空工业的应用案例
2
Copyright Free Field Technologies
飞机主要的噪声源
机舱内噪声 客舱总体噪声水平
ACTRAN 产品介绍
ACTRAN在航空工业的应用案例
4
Copyright Free Field Technologies
ACTRAN DGM
ACTRAN Vibro-Acoustics
ACTRAN Aero-Acoustics
ACTRAN TM
ACTRAN Acoustics ACTRAN VI 6
Copyright Free Field Technologies
Some Aerospace Customers
服务: 培训, 技术交流, 工程咨询, 特别开发 科研:FFT参加众多科研项目，从风机噪声、机身壁板声学设计、环控系
统噪声、航空发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。
5
Copyright Free Field Technologies
The ACTRAN software suite
ACTRAN feature
支持详细e 玻璃棉
10
Copyright Free Field Technologies
ACTRAN典型应用2-环控系统声学设计
研究声波在环控系统管道内的传播 影响管道声学性能的多种因素
横截面形状 固定装置 管壁材料、厚度
FFT-海基盛元
ACTRAN在航空工业的应用
李奇 博士
Copyright Free Field Technologies
内容
飞机噪声源
ACTRAN 产品介绍
ACTRAN在航空工业的应用案例
2
Copyright Free Field Technologies
飞机主要的噪声源
机舱内噪声 客舱总体噪声水平
ACTRAN 产品介绍
ACTRAN在航空工业的应用案例
4
Copyright Free Field Technologies
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 使用CFD进行非定常流场计算 • 从CFD结果中提取等效声源，使用声学求解器进行声传播计算 • 该方法包括： • 声类比方法：Lighthill，Mohring声类比 • 积分方法：Curle，Lighthill，Green…
半经验模型：不依赖于非定常的流体计算。
6
Copyright Free Field Technologies
20
Copyright Free Field Technologies
主控方程
两个定义, 没有假设:
A0是声源区之外静止流体的声速 a = - 0 其中0大气密度 0 是个常数:
得到(L1):
(L1)
如果观察点不在声源区，也没有均匀流动，那么, a = 声场密度
11
Copyright Free Field Technologies
混合方法
积分方法：
Lighthill, Curle, FW-H, Farassat, ... 都基于NS方程的方法 在声场内求解关于声学的显式方程以及计算声源对胜场内任何一点的贡献率 需要Green function
局限
声源项的不准确性（声源的统计） 对声学特性的预测相当困难 数值计算的成本不容忽视（大量的涡=大量的计算）
13
Copyright Free Field Technologies
Analogy concept
声类比理论
Copyright Free Field Technologies
压力 粘性应力 (2)
经过变换，方程（2）可以写成如下的形式：
常数 Lighthill应力张量
Lighthill应力张量T如下:
(T)
19
Copyright Free Field Technologies
主控方程
定义 ’=-0 其中0是大气密度 结合(1) 和 (2):
理想气体假设:
22
Copyright Free Field Technologies
结论
Lighthill选择的波动算子只在流体静止时有效 (无均匀流时) Lighthill ：如果观察者远离声源区，而且均匀流速度为0，那么a 就是声 场变量 万一观察者在流动中 (在喷流之中)
数学上，一切正常 物理上，a 就不是声场变量
7
Copyright Free Field Technologies
CFD技术概述
DNS:直接数值模拟
求解所有尺度的分量(一直到粘性尺度). CPU资源消耗与 Re3/M4成正比 目前，DNS还难以应用于工程实际问题中 参考: /wiki/Direct_numerical_simulation
应用实例
尾缘噪声 喷流噪声 ...
24
Copyright Free Field Technologies
Lighthill’s analogy
有限元形式 vs积分方法
Copyright Free Field Technologies
Lighthill积分方法
上世纪50年代, 计算喷流噪声是个很大的挑战。 为了计算喷流噪声，需要找到半解析模型 Lighthill 从物理模型中推导得到了以下规律
声类比
由非定常的CFD计算提供流场结果 v ( x, t ); ( x, t ); p( x, t ) 基于数学和物理的概念
计算等效声源 使用声学求解器计算声传播
固壁边界 Gs
声源区域Ws
Ge
Gs
无反射边界 条件Ge
Wa
CAA计算域W (Actran/LA, FEM)
Mö hring声类比
控制方程 Actran中的Mö hring声类比
结论
2
Copyright Free Field Technologies
Introduction to AeroAcoustics
气动声学简介
Copyright Free Field Technologies
气动声学简介
RANS:雷诺平均方法
计算定常平均流场(不依赖时间和空间) 参考: /wiki/Reynolds-averaged_NavierStokes_equations
8
Copyright Free Field Technologies
直接数值电缆的作用(Aeolian tones, Strouhal 1878) 飞机起落架 风扇叶片 管道中的截面变化与障碍 乐器：长笛等 …
Copyright Free Field Technologies
气动声学简介
气动声学涉及由任何非定常流的波动引起的噪声...
成因 ：
依托于稳态CFD结果而给定湍流动能信息（ 湍动能TKE ）。 从现有的谱中得到湍流动能信息（射流噪声测量） 然后计算出相应的噪声源项 最后使用标准的方法计算声传播 （Lighthill, FWH, FEM.....）
历史
Candel及Bailly对SNGR方法做出了进一步开发 被用于射流噪声的预测
Step 1: previous slides = 波动算子+声源项 Step 2: 使用自由场的格林函数 Step 3:在整个空间进行积分 ，得到a=.... Step 4: 进一步假设，得到八次方定律
Cf. 1952 paper
Step 在文章的第一部分 Steps 2 and 3 在文章的第二部分，如后面胶片所示 Step 4 给出了喷流的尺度定律
21
Copyright Free Field Technologies
主控方程
假设
高雷诺数 低马赫数 无熵源项
得到(L2):
忽略粘性项 熵变 为0 如果观察点不在声源区,声场变量简化为大气密度的声场波动 : a = - 0 最终得到:
(L2)
NB:在声源区, a同时包含声源信息
万一观察者在声源区
数学上，一切正常 物理上，a 就不是声场变量
在Actran/LA也是一样
23
Copyright Free Field Technologies
剪切层
在Lighthill的推导中，没有特别强调剪切流 实际上，剪切流可以看做声源
数学上，是正常的 物理上,剪切层的折射被模化成为声源，而不是传播效应 剪切层可以被看做静止介质中的涡街 (= divT声源）
计算气动声学
CAA的主要挑战在于CFD
CFD求解Navier-Stokes方程 最小湍流尺度的刻划公式 lv L Re
3 4
实际计算中，空间分辨率远远大于最小湍流尺度 x lv
湍流模型刻划了那些没有分辨出尺度的湍流对大涡的影响
由于计算资源的限制，空间和时间分辨率有限
10
Copyright Free Field Technologies
混合方法
假设：
声源与流动中的湍流有关 声场不会改变流场
两个计算步骤：
步骤 1：计算非定常流动（URANS、LES或DES） 步骤 2：从CFD结果中提取声源并计算声传播
挑战：
找到“好的”波动算子 找到好的“声源”项 从CFD网格中准确提取声源并导入声学网格
BEM：来自积分的方法。 FEM: 见后 LEE：线性欧拉方程：
在施加无反射边界条件，导纳以及声源时十分复杂
12
Copyright Free Field Technologies
半经验方法
SNGR: 随机噪声的产生于辐射（Stochastic Noise Generation and Radiation）
26
Copyright Free Field Technologies
Lighthill积分方法
从(L1); 不做任何假设，可以得到
(L1)
如果不在声源区，也没有均匀流动, a 就是声场变量
声源问题的Green函数:
27
Copyright Free Field Technologies
LES:大涡模拟
计算大涡结构，大涡结构包含大部分的能量 模化小涡对大涡的作用 参考: /wiki/Large_eddy_simulation
DES:脱体涡模拟
避免壁面附近的网格过密 参考: /wiki/Detached_eddy_simulation
Actran
气动声学理论
欢迎加入ACTRAN QQ群：81289983
Copyright Free Field Technologies
主要内容
气动声学简介
定义：气动声学和计算气动声学CAA CFD技术 面临的挑战 历史及可行方法
Lighthill声类比
控制方程 有限元计算方法与积分方法 Actran中的Lighthill声类比
非定常层流 湍流 燃烧
问题分解
流动（湍流） 声学
流动
噪声
忽略噪声对流动的影响 5
Copyright Free Field Technologies
计算气动声学
CAA：计算气动声学 解决CAA问题的几种策略：
直接计算：由CFD软件直接计算气动声学问题。 混合方法：将湍流（噪声源）与声传播分开进行计算
定义：由气流运动产生的噪声。（气动噪声）
气动声学是研究流体自身以及流体与固体边界相互作用发声机理的一门学科。 “Aeroacoustics is concerned with sound generated by aerodynamic forces or motions originating in a flow rather than by the externally applied forces or motions of classical acoustics. Thus, the sounds generated by vibrating violin strings and loudspeakers fall into the category of classical acoustics, whereas sounds generated by the unsteady aerodynamic forces on propellers or by turbulent flows fall into the domain of aeroacoustics." ( M.E. Goldstein, Aeroacoustics, Mc Graw Hill, 1976. )
半经验模型：不依赖于非定常的流体计算。
6
Copyright Free Field Technologies
20
Copyright Free Field Technologies
主控方程
两个定义, 没有假设:
A0是声源区之外静止流体的声速 a = - 0 其中0大气密度 0 是个常数:
得到(L1):
(L1)
如果观察点不在声源区，也没有均匀流动，那么, a = 声场密度
11
Copyright Free Field Technologies
混合方法
积分方法：
Lighthill, Curle, FW-H, Farassat, ... 都基于NS方程的方法 在声场内求解关于声学的显式方程以及计算声源对胜场内任何一点的贡献率 需要Green function
局限
声源项的不准确性（声源的统计） 对声学特性的预测相当困难 数值计算的成本不容忽视（大量的涡=大量的计算）
13
Copyright Free Field Technologies
Analogy concept
声类比理论
Copyright Free Field Technologies
压力 粘性应力 (2)
经过变换，方程（2）可以写成如下的形式：
常数 Lighthill应力张量
Lighthill应力张量T如下:
(T)
19
Copyright Free Field Technologies
主控方程
定义 ’=-0 其中0是大气密度 结合(1) 和 (2):
理想气体假设:
22
Copyright Free Field Technologies
结论
Lighthill选择的波动算子只在流体静止时有效 (无均匀流时) Lighthill ：如果观察者远离声源区，而且均匀流速度为0，那么a 就是声 场变量 万一观察者在流动中 (在喷流之中)
数学上，一切正常 物理上，a 就不是声场变量
7
Copyright Free Field Technologies
CFD技术概述
DNS:直接数值模拟
求解所有尺度的分量(一直到粘性尺度). CPU资源消耗与 Re3/M4成正比 目前，DNS还难以应用于工程实际问题中 参考: /wiki/Direct_numerical_simulation
应用实例
尾缘噪声 喷流噪声 ...
24
Copyright Free Field Technologies
Lighthill’s analogy
有限元形式 vs积分方法
Copyright Free Field Technologies
Lighthill积分方法
上世纪50年代, 计算喷流噪声是个很大的挑战。 为了计算喷流噪声，需要找到半解析模型 Lighthill 从物理模型中推导得到了以下规律
声类比
由非定常的CFD计算提供流场结果 v ( x, t ); ( x, t ); p( x, t ) 基于数学和物理的概念
计算等效声源 使用声学求解器计算声传播
固壁边界 Gs
声源区域Ws
Ge
Gs
无反射边界 条件Ge
Wa
CAA计算域W (Actran/LA, FEM)
Mö hring声类比
控制方程 Actran中的Mö hring声类比
结论
2
Copyright Free Field Technologies
Introduction to AeroAcoustics
气动声学简介
Copyright Free Field Technologies
气动声学简介
RANS:雷诺平均方法
计算定常平均流场(不依赖时间和空间) 参考: /wiki/Reynolds-averaged_NavierStokes_equations
8
Copyright Free Field Technologies
直接数值电缆的作用(Aeolian tones, Strouhal 1878) 飞机起落架 风扇叶片 管道中的截面变化与障碍 乐器：长笛等 …
Copyright Free Field Technologies
气动声学简介
气动声学涉及由任何非定常流的波动引起的噪声...
成因 ：
依托于稳态CFD结果而给定湍流动能信息（ 湍动能TKE ）。 从现有的谱中得到湍流动能信息（射流噪声测量） 然后计算出相应的噪声源项 最后使用标准的方法计算声传播 （Lighthill, FWH, FEM.....）
历史
Candel及Bailly对SNGR方法做出了进一步开发 被用于射流噪声的预测
Step 1: previous slides = 波动算子+声源项 Step 2: 使用自由场的格林函数 Step 3:在整个空间进行积分 ，得到a=.... Step 4: 进一步假设，得到八次方定律
Cf. 1952 paper
Step 在文章的第一部分 Steps 2 and 3 在文章的第二部分，如后面胶片所示 Step 4 给出了喷流的尺度定律
21
Copyright Free Field Technologies
主控方程
假设
高雷诺数 低马赫数 无熵源项
得到(L2):
忽略粘性项 熵变 为0 如果观察点不在声源区,声场变量简化为大气密度的声场波动 : a = - 0 最终得到:
(L2)
NB:在声源区, a同时包含声源信息
万一观察者在声源区
数学上，一切正常 物理上，a 就不是声场变量
在Actran/LA也是一样
23
Copyright Free Field Technologies
剪切层
在Lighthill的推导中，没有特别强调剪切流 实际上，剪切流可以看做声源
数学上，是正常的 物理上,剪切层的折射被模化成为声源，而不是传播效应 剪切层可以被看做静止介质中的涡街 (= divT声源）
计算气动声学
CAA的主要挑战在于CFD
CFD求解Navier-Stokes方程 最小湍流尺度的刻划公式 lv L Re
3 4
实际计算中，空间分辨率远远大于最小湍流尺度 x lv
湍流模型刻划了那些没有分辨出尺度的湍流对大涡的影响
由于计算资源的限制，空间和时间分辨率有限
10
Copyright Free Field Technologies
混合方法
假设：
声源与流动中的湍流有关 声场不会改变流场
两个计算步骤：
步骤 1：计算非定常流动（URANS、LES或DES） 步骤 2：从CFD结果中提取声源并计算声传播
挑战：
找到“好的”波动算子 找到好的“声源”项 从CFD网格中准确提取声源并导入声学网格
BEM：来自积分的方法。 FEM: 见后 LEE：线性欧拉方程：
在施加无反射边界条件，导纳以及声源时十分复杂
12
Copyright Free Field Technologies
半经验方法
SNGR: 随机噪声的产生于辐射（Stochastic Noise Generation and Radiation）
26
Copyright Free Field Technologies
Lighthill积分方法
从(L1); 不做任何假设，可以得到
(L1)
如果不在声源区，也没有均匀流动, a 就是声场变量
声源问题的Green函数:
27
Copyright Free Field Technologies
LES:大涡模拟
计算大涡结构，大涡结构包含大部分的能量 模化小涡对大涡的作用 参考: /wiki/Large_eddy_simulation
DES:脱体涡模拟
避免壁面附近的网格过密 参考: /wiki/Detached_eddy_simulation
Actran
气动声学理论
欢迎加入ACTRAN QQ群：81289983
Copyright Free Field Technologies
主要内容
气动声学简介
定义：气动声学和计算气动声学CAA CFD技术 面临的挑战 历史及可行方法
Lighthill声类比
控制方程 有限元计算方法与积分方法 Actran中的Lighthill声类比
非定常层流 湍流 燃烧
问题分解
流动（湍流） 声学
流动
噪声
忽略噪声对流动的影响 5
Copyright Free Field Technologies
计算气动声学
CAA：计算气动声学 解决CAA问题的几种策略：
直接计算：由CFD软件直接计算气动声学问题。 混合方法：将湍流（噪声源）与声传播分开进行计算
定义：由气流运动产生的噪声。（气动噪声）
气动声学是研究流体自身以及流体与固体边界相互作用发声机理的一门学科。 “Aeroacoustics is concerned with sound generated by aerodynamic forces or motions originating in a flow rather than by the externally applied forces or motions of classical acoustics. Thus, the sounds generated by vibrating violin strings and loudspeakers fall into the category of classical acoustics, whereas sounds generated by the unsteady aerodynamic forces on propellers or by turbulent flows fall into the domain of aeroacoustics." ( M.E. Goldstein, Aeroacoustics, Mc Graw Hill, 1976. )