气动噪声数值预测与应用进展
气动噪声数值计算方法的比较与应用
ｐ ｒｏ ｆｔ ｔ ｓｕ ａ ｌ ｏ ｒ ａ ｉｅ ｔ ｅａ ｃ ｒ ｔ ａｃ ｌｔ ｎ ｏ ｅ ｏ ｙ ａ ｃ ｎ ｉｅ Ｗ ｉ ｈ ｔ ｒ ｔ ｎ ｏ ｅ ｃ ｌ ｕ ａｉ ｎ ｅ ｄ ｏ ｍｅｉ ｗａ ｎ ｂ ｅｔ ｅ ｌ ｃ ｕ ａｅ ｃ ｌｕ ａ ｉ ｆａ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｏ ｓ ． ｔ ｔ ｅｍａｕ ａｉ ｆｔ ａ ｃ ｌ ｔ ｉ ｉ ｚ ｈ ｏ ｈ ｏ ｈ ｏ ｍｅ ｏ ｆ ｒ ｃ ｍｐ ｔ ｔ ｎ ｌ ｌ ｉ ｄ ｎ ｉ ｓ ａ ｄ ｃ ｕ ｔ ｓ ｕ ｒ ａ ｃ ｍｐ ｔ ｇ ｓ ｂ ｃ ｍ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍａ ｎ ｔ ｏ ｔ ｓ ｌ ｅ ｈ ｔ ｄ ｏ ｏ ｕ ａ ｉ ａ ｆ ｄ ｙ ａ ｃ ｎ ａ ｏ ｓｉ ，ｎ ｍｅ ｃ ｌ ｏ ｕ ｉ ｉ ｅ ｏ ｎ ｉ ｏ ｌ ｏ ｏｖ ｏ ｕ ｍ ｃ ｉ ｎ ｈ ａ ｒ ｄ ａ ｃｎ ｉｅ ｐ ｏ ｌｍｓ Ｔ ｉ ａｔｃｅ ｆｏ ｔ ｅｂ ｓｃｔ ｅ ｒ ｆｐ ｅ ｍａ ｉ ｃ ｕ ｔ ｓ ｔ ｅ ｅ ｉｔ ｇ ｔｒ ｅ ｐ ｅ ｍａ ｉ ｏ ｓ ｅ ｏ ｙ ｍｉ ｏ ｓ ｒ ｂ ｅ ． ｈ ｓ ｒｉｌ ， ｒ ｍ ａ ｉ ｏ ｙ ｏ ｎ ｕ ｔ ａ ｏ ｓｉ ， ｈ ｘ ｓｉ ｅ ｎ ｕ ｔ ｎ ｉｅ ｎ ｈ ｈ ｃ ｃ ｎ ｈ ｃ
音 的影 响 ， 到 了一个较 为普遍 的结果 ， 为 Ｆ Ｈ 得 称 Ｗ－
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。
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。
航空气动声学的研究进展
航空气动声学的研究进展航空领域的发展日新月异，其中航空气动声学作为一个关键的研究方向，对于提高飞行器的性能、降低噪音污染以及提升乘客的舒适度都具有极其重要的意义。
随着科技的不断进步，航空气动声学的研究也在持续深入和拓展。
一、研究背景在现代航空运输中，飞行器产生的噪音不仅会对周边环境造成严重的噪声污染，还会影响乘客的乘坐体验。
同时，过大的噪音也可能对飞行器的结构疲劳和安全性产生不利影响。
因此，降低飞行器的噪音水平已经成为航空工业面临的一个重要挑战。
航空气动声学是一门涉及流体力学、声学和航空工程等多个学科的交叉领域。
其主要研究内容包括飞行器在飞行过程中气流与机体结构相互作用产生的噪音机理、传播特性以及降噪技术等。
二、研究进展（一）噪音产生机理的研究对于飞行器噪音产生的机理，研究人员已经取得了许多重要的成果。
例如，在喷气发动机中，高速喷流与周围空气的混合以及湍流的发展是产生噪音的主要原因之一。
而在飞行器的机体表面，气流分离、边界层的不稳定以及机翼和机身的相互干扰等都会产生噪音。
近年来，随着计算流体力学（CFD）和计算声学（CAA）技术的不断发展，研究人员能够更加精确地模拟飞行器周围的流场和声波传播，从而深入了解噪音产生的微观过程。
（二）噪音传播特性的研究噪音在大气中的传播受到多种因素的影响，如温度、湿度、风速和风向等。
研究人员通过实验和数值模拟的方法，对噪音的传播规律进行了深入研究。
此外，对于飞行器在不同飞行状态下（如起飞、巡航和降落）噪音的传播特性，也有了更详细的了解。
这有助于在机场规划和周边区域的噪声控制中采取更加有效的措施。
（三）降噪技术的研究1、优化飞行器外形设计通过对飞行器外形的优化，如采用流线型的机身、后掠翼和锯齿状的发动机喷口等，可以减少气流分离和湍流的产生，从而降低噪音。
2、声学衬垫技术在发动机内部和飞行器表面使用声学衬垫材料，能够吸收和散射声波，有效地降低噪音的辐射。
3、主动降噪技术主动降噪技术是一种新兴的降噪方法，通过在飞行器上安装传感器和作动器，实时监测和产生反向声波，从而抵消噪音。
气动噪声特性测试技术的研究与应用
气动噪声特性测试技术的研究与应用近几年来，气动噪声成为了一个越来越热门的研究领域。
许多厂商和研究机构正在积极开发新的气动噪声测试技术，这些技术不仅可以为工程师提供更好的噪声控制方案，同时也可以优化企业产品的市场竞争力。
本文将探讨气动噪声特性测试技术的研究与应用。
一、气动噪声的概念和特征气动噪声是由于气体流动引起的压力波所产生的声波，并广泛存在于工程系统中。
气动噪声的特征是频率高、声压级大、幅度随时间波动大等等。
这些特征导致了气动噪声对人类健康以及机器性能的影响。
因此，气动噪声测试技术的研究和应用具有重要意义。
二、气动噪声测试技术的分类气动噪声测试技术可以分为定量测试和定性测试两大类。
定量测试包括声压水平测试、声功率测试、声能流速测试等等，主要针对噪声的产生和传播特性。
定性测试则通过噪声源信号采集和分析来确定噪声源的位置、大小及其对周围环境的影响。
定性测试主要包括声源定位、声学成像、声场可视化等等。
三、气动噪声测试技术的应用气动噪声测试技术在各个领域均有广泛应用。
在航空航天领域，气动噪声测试技术可以用来测试飞机引擎噪声特性，以便进一步优化引擎性能。
在汽车制造领域，气动噪声测试技术可以用来测试车辆行驶中的噪声特性，从而提高车辆舒适性。
在建筑领域，气动噪声测试技术也可以用来测试建筑内部的空气流动及噪声特性，以便提高室内空气品质。
四、气动噪声测试技术的未来发展趋势气动噪声测试技术的不断发展和创新将会进一步扩大其应用范围和提高测试效率。
未来，更多的研究将会集中在无线传感器网络技术的研究和应用上，借助于新型传感器的优点，传感器节点分布广泛可以极大地提高测试的精度和效率。
另一方面，人工智能技术也将会得到应用，例如基于深度学习的气动噪声识别技术等等。
五、结论总的来说，气动噪声测试技术在工程和科学领域的应用越来越广泛，同时随着技术的不断进步，其自身的发展趋势也将变得更加多样、高效和智能化。
无论是从安全环保还是从市场竞争等角度看，气动噪声测试技术都将在制造、建筑、汽车等领域有广泛作用。
风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟
风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟一、风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟概述风力涡轮机作为可再生能源领域的重要技术之一，其效率和性能直接影响到能源的转换效率和经济效益。
在风力涡轮机的运行过程中，叶片的气动噪声是一个不可忽视的问题，它不仅影响周围环境的声学舒适度，还可能对机器的长期运行造成不利影响。
因此，对风力涡轮机叶片气动噪声进行数值模拟，以预测和降低噪声，具有重要的实际意义。
1.1 风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟的重要性数值模拟作为一种高效、低成本的研究手段，可以对风力涡轮机叶片在不同工况下的气动噪声进行预测和分析。
通过数值模拟，可以深入理解噪声产生的机理，为叶片设计优化提供理论依据。
1.2 风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟的研究现状目前，气动噪声的数值模拟主要采用计算流体动力学（CFD）和声学模拟相结合的方法。
CFD用于模拟叶片周围的流场，而声学模拟则用于预测由此产生的噪声。
随着计算机技术的发展，数值模拟的精度和效率不断提高，已经成为风力涡轮机叶片气动噪声研究的重要工具。
二、风力涡轮机叶片气动噪声数值模拟的理论基础2.1 气动噪声产生的机理气动噪声是由流体与固体表面相互作用产生的，其主要来源包括叶片表面的压力波动、尾迹涡流的脱落以及叶片与周围空气的湍流相互作用等。
这些因素共同作用，导致声波的辐射。
2.2 数值模拟方法数值模拟通常采用有限体积法（FVM）或有限元法（FEM）来离散控制方程，通过求解Navier-Stokes方程来模拟流场。
对于声学模拟，可以采用声学类比法（ANA）或直接求解声波方程的方法。
2.3 边界条件和模拟参数在进行数值模拟时，需要合理设置边界条件，包括入口和出口的流动条件、叶片表面的无滑移条件以及远场的辐射条件等。
此外，模拟参数的选择，如时间步长、网格密度等，也对模拟结果的准确性有重要影响。
三、风力涡轮机叶片气动噪声数值模拟的关键技术3.1 网格生成技术网格生成是数值模拟的第一步，它直接影响到模拟的精度和效率。
射流气动噪声的研究现状及发展趋势
射流气动噪声的研究现状及发展趋势张明辉;常伟;徐卫东;王建武【摘要】随着航空航天等领域的迅速发展,射流气动噪声问题也受到逐渐重视.射流气动噪声引发航天器的结构破坏和疲劳损坏,而且射流气动噪声影响乘客舒适度、干扰周边居民的生活、产生噪声污染.射流气动噪声的产生机理、理论预测,通过实验研究和数值模拟研究传播过程以及如何控制此类噪声成为关注焦点.在阅读大量文献的基础上,从理论研究、实验研究、数值模拟、噪声控制四个方面概述射流气动噪声的研究现状,最后展望射流气动噪声的发展趋势.%With the rapid development of aerospace and other fields,the aerodynamic noise of jet has been paid more and more attention.Jet aerodynamic noise caused by structural damage and fatigue damage of the spacecraft and jet noise affect passenger comfort,interfere with the life of the surrounding residents,produce noise pollution. The mechanism of jet aerodynamic noise, theoretical prediction, experimental research and numerical simulation, the propagation process and how to control such noise have become the focus of attention.Based on reading a lot of literature,from the theoretical research,experimental study,numerical simulation,and noise control research,gas dynamic noise in four aspects was overviewed,finally the development trend of aerodynamic noise was proposed.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)006【总页数】6页(P195-200)【关键词】射流;气动噪声;理论研究;实验研究;数值模拟;噪声控制【作者】张明辉;常伟;徐卫东;王建武【作者单位】山东科技大学机械电子工程学院,青岛266590;山东科技大学机械电子工程学院,青岛266590;山东科技大学机械电子工程学院,青岛266590;山东科技大学机械电子工程学院,青岛266590【正文语种】中文【中图分类】V211.3气体从喷嘴或孔喷出并与固体边界分离，在气体中扩散并产生高速湍流，形成的噪音称为射流噪声。
航空发动机气动噪声的数值模拟与分析
航空发动机气动噪声的数值模拟与分析第一章介绍航空发动机噪声是广泛存在于飞机起飞和着陆过程中的一种严重问题，长期暴露在这样的噪声环境中不仅会对机组人员造成负面影响，也会对周围居民造成困扰。
因此，如何减少航空发动机噪声已成为现代航空工业研究的一个热点问题。
而气动噪声是航空发动机噪声的主要构成部分之一，因此研究航空发动机气动噪声的数值模拟与分析也越来越受到关注。
本文将介绍航空发动机气动噪声的研究现状和热点，并详细介绍气动噪声数值模拟和分析的相关技术和方法。
第二章气动噪声的成因气动噪声是指由于流体运动而引起的噪声。
在航空发动机中，气动噪声主要由以下几个因素产生：1. 声源体的振动：航空发动机中的转子、叶片、喷嘴等零部件在运动时会引起气体的振动，从而产生气动噪声。
2. 湍流噪声：流体在通过机身和发动机时会产生湍流，湍流产生的涡旋会引起空气的震动，从而形成湍流噪声。
3. 声束传播：由于航空发动机工作时产生的高压气流引起的空气震荡会在空气中形成声束，从而产生气动噪声。
第三章气动噪声的数值模拟方法航空发动机气动噪声的数值模拟是指利用计算机模拟航空发动机高速气流在流体中的运动过程，从而预测在不同工况下产生的气动噪声。
其主要方法包括：1. Lighthill方程：Lighthill方程是由Lighthill提出的一种用于描述气体运动中声波产生和传播的方程。
Lighthill方程主要应用于复杂流动噪声的数值模拟，并且需要采用高阶数值方法求解。
2. 过渡流数值模拟：过渡流数值模拟是基于Navier-Stokes方程的有限体积法，通过求解有限体积方程和边界条件，能够直接计算复杂流动场的压力和速度分布。
目前，过渡流数值模拟已成为气动噪声数值模拟的主流方法。
第四章气动噪声的分析方法气动噪声的分析主要是采用声学方法来计算声波的传播和变化，从而得到航空发动机噪声的频率、强度和方向等信息。
常用的气动噪声分析方法包括：1. 传递矩阵法：传递矩阵法是基于声学理论和流体动力学的模型，通过建立传递矩阵模型对复杂流动场的噪声进行分析和计算，具有高精度、高效率等优点。
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案例三：霍尼韦尔
1. 利用仿真减少试验次数，降低研发成本
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案例四：英格索兰
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气动噪声数值预测与工程应用进展
DF PL S&SE AP CN STS CTT 3D 刘文
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Realize innovation.
风机/旋转机械气动噪声问题应用背景
舒适性以及法规要求，低噪也是目前核心竞争力 新能源汽车对空调压缩机、涡轮增压器、冷却风扇等零部件声学要求更高 家用电器噪声要满足越来越严格的国家标准，对离心风机、冷却风扇等明显声源提出更高要求 工业用离心压缩机、空气压缩机等背景噪声巨大，其设计改进空间巨大
案例五：海尔冰箱
Restrictedan
138.75Hz
Elevator
Base
305.25Hz
777Hz
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案例六：江森日立
两个月内独家采购…
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案例七：虚拟声学实验室
实验室方案
方案图示
实验室由仿真演示系统和噪声合成播放系统组成。 仿真演示系统：仿真过程将以台式机机箱冷却风扇噪声以及无
人机旋翼气动噪声为仿真对象 ✓ 物理样机模型：机箱冷却风扇、悬停状态无人机 ✓ 仿真模型：基于Simcenter的CFD及有限元建模 ✓ 仿真结果可视化：对声场分布及优化效果进行可视化分析 噪声合成回放系统：基于Siemens Simcenter Acoustics工具 的sound synthesis技术对仿真声学信号进行回放，形成声学 的数字化双胞胎 ✓ 对仿真演示系统的风扇噪声合成感受 ✓ 对典型应用场景的声品质进行合成感受
Optimization
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小结
1. 气动噪声问题的关注和投入持续升温 2. 客户不成熟，需要引导，但是粘性大 3. 工程应用抓住主要问题，效果显著
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Simcenter 3D
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产品开发中的作用
1D 仿真：边界条件
3D 建模 CFD 仿真 结构仿真 声学仿真
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案例二：天雁
1. 满足高频分析需求，结果准确 2. 仿真前处理便捷，声学网格自动生成技术成熟 3. 建模方法先进，求解器效率高 4. 扇声源贡献量分析，真正提供设计指导，体现仿
真分析的价值
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扇叶表面随机分布载荷 湍流边界层，上下游湍流壁面相互作用等 Applies to complete frequency spectrum 几何大叶片 (e.g. 冷却风扇)
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数值预测解决方案
Simcenter CFD （Fluent/CFX）
数值仿真提供完整的旋转机械气动噪声解决方案 1. 成本相对实验要低 2. 准确评估气动噪声水平，分析噪声来源、传播路径和贡献量 3. 进入早期设计阶段，开展早期噪声优化设计
主要关注的单位 高校（北航、西安交大等），中航工业研究所，航发研究所，中船研究所，风能、家电 等行业、零部件供应厂商等 国内目前合作：霍尼韦尔、海尔、重庆通用工业等 …
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测试标定：仿真边界
测试验证
TEST MODELING
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J
竞争策略
1. 全面完整性 2. 工程实用性
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案例一：加冷松芝
水下螺旋桨、泵喷推进器、管泵系统内流致噪声越来越受到重视
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旋转机械气动噪声仿真需求
消声室实验测量 1. 实验干扰多（电机或动力系统噪声、结构振动噪声等） 2. 只能做噪声水平评估，无法分析机理 3. 产品已定型，无法做噪声优化设计
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风机/风扇气动噪声的一些机理认识
谱线特征&噪声机理
不同的应用会涉及到不同的声源机理，一般包含叶频噪声（Tonal Fan noise）和宽频噪声(Broadband Fan Noise)
叶频噪声：
扇叶表面周期性的冲击载荷 离散峰值频率 Blade Passing Frequency (BPF) and harmonics 窄叶片密集分布 (e.g. 航发涡扇) 宽频噪声：