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
ANSYS CFD在汽车行业的解决方案

•分层剪切流的自由液面 – VOF模型
– 燃烧模型
•气相燃烧模型 – 有限速率模型 – PDF模型 – 层流小火焰模型 – 预混燃烧模型
•分散相燃烧模型 – 液体燃料燃烧、喷射燃烧、固体颗粒燃烧等
•污染模型 – NOx模拟 – 烟尘模型(SootModel)
t = 1.05 sec t = 2.05 sec
总结
© 2013 Pera Corporation Ltd. All rights reserved.
2
汽车行业面临的流体方面关键问题
汽车领域中的流体问题
• 整车外部空气动力学 • 发动机进、排气系统 • 发动机气缸内流动及燃烧 • 发动机冷却系统分析 • 发动机燃油喷射分析 • 发动机舱热管理 • 车身底部热管理 • 汽车电子设备热管理
Fuel Tank With Baffles
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汽车行业的流体技术需求介绍
• 传热、相变、辐射模型技术介绍(Features)
许多流体流动伴随传热现象,FLUENT提供一系列应用广泛的对流、热传导及辐射模型。对于热辐射, P1和 Rossland 模型适用于介质光学厚度较大的环境,基于角系数的 surfacetosurface模型适用于介质 不参与辐射的情况,DO模型(Discreteordinates)适用于包括玻璃的任何介质。DTRM模型(Discrete raytracingmodule)也同样适用。太阳辐射模型使用光线追踪算法,包含了一个光照计算器,它允许光 照和阴影面积的可视化,这使得气候控制的模拟更加有意义。
ANSYS在汽车零部件设计中的应用

ANSYS在汽车零部件设计中的应用1.引言汽车行业是世界上最大的制造业之一,产品质量和安全性是其最重要的关注点之一、为了提高产品性能和缩短开发周期,汽车制造商和供应商越来越多地依赖于计算机辅助工程(CAE)软件,如ANSYS。
ANSYS是一个广泛应用的工程模拟软件,可以用于各种零部件设计和性能分析。
2.压力和应力分析在汽车零部件设计中,压力和应力分析是非常重要的。
ANSYS可以模拟和分析零部件在真实工况下的力学行为。
通过对零部件施加不同的载荷和边界条件,可以计算出零部件内部的压力和应力分布。
这对于验证设计的强度和可靠性非常重要,可以确保零部件在实际使用中不会出现故障或失效。
3.振动和声学分析振动和噪声是汽车零部件设计中的另一个重要考虑因素。
通过ANSYS的振动和声学模拟功能,可以预测和优化零部件的振动和噪声性能。
例如,可以预测发动机零部件在高转速运行时的振动情况,并采取合适的措施来减少振动和噪声水平,提高乘坐舒适性和驾驶体验。
4.热分析在汽车工程中,热管理是一个重要的设计考虑因素。
ANSYS可以模拟和分析零部件在不同工况下的热行为。
例如,可以预测引擎零部件在高温环境下的热应力,以及制动系统在长时间刹车时产生的热量。
通过对热行为的分析,可以优化零部件设计,确保其在复杂的热环境中具有良好的性能和耐久性。
5.流体动力学分析流体动力学分析在汽车零部件设计中也起着重要的作用。
ANSYS可以模拟和分析零部件在空气或液体流动中的行为。
例如,可以预测车身外部的气流情况,并通过优化车身形状来减少风阻和提高燃油效率。
此外,还可以分析发动机冷却系统的流量和温度分布,以确保引擎在不同工况下具有良好的冷却效果。
6.材料特性分析材料特性是汽车零部件设计中的另一个重要方面。
ANSYS可以模拟和分析不同材料在不同工况下的力学性能和耐久性。
通过对零部件使用不同材料的模拟和比较,可以选择最合适的材料,以满足设计要求并提高零部件的性能。
CFD技术在汽车整车产品设计中的应用

CFD技术在汽车整车产品设计中的应用简介✓阻力、升力、侧向力分析✓泥/水附着、车辆涉水分析✓气动噪声、噪声传播分析ANSYS FLUENT可以对汽车整车进行详细的空气动力学仿真,获得详细的流场细节特征分布情况,使用户更好地理解整车的空气动力学性能,为气动减阻、降噪等问题提供帮助。
✓包含发动机舱的整车详细空气动力学分析✓冷却风扇、冷凝器、散热器的分析✓传导、对流及辐射换热分析ANSYS FLUEN可以对整车及发动机舱进行热管理分析,获得详细的冷却模组进气量及温度场细节特征分布情况,为机舱内部的热设计、热保护提供帮助。
发动机舱热管理问题空气动力学、气动噪声问题汽车是由几千个零部件组成的复杂产品,在研发过程中常涉及到多种多样的流体力学方面的工程问题,随着现代CFD仿真技术的日趋成熟,企业完全可以将这种先进的研发手段与传统的试验和设计经验相结合,形成互补,从而提升研发设计能力,有效指导新产品的研发设计,节省产品开发成本,缩短开发周期,从而大幅度提高企业的市场竞争力。
下文是CFD仿真技术用于解决汽车整车产品研发过程中常见工程问题的简要介绍:✓空调系统风流量分配及空调管路噪声分析✓除霜、除雾分析✓乘员热舒适性分析ANSYS FLUENT可以进行瞬态的除霜、除雾过程分析,可以进行包含太阳辐射的乘员舱热舒适性分析,可以进行空调管路的风流量分配及噪声分析,为产品设计提供帮助。
✓进排气及缸内流动分析✓缸内喷雾、燃烧分析✓排气后处理分析ANSYS FLUENT可以对进排气系统进行分析,获得瞬态的缸内流动特性,可以分析缸内的喷雾、燃烧过程,可以分析三元催化器、SCR系统的工作过程等。
✓车灯和灯室内的流场及温度场分析✓油箱加注过程分析、油箱晃动分析✓电池单体放电过程发热分析、电池组冷却散热分析ANSYS FLUENT可以对车灯、油箱加注、油箱晃动、电池发热、电池组冷却等问题进行分析,此外还可以对刹车系统冷却、涡轮增压器、液力变矩器、燃油泵、齿轮泵、摆线泵等零部件进行分析。
ansys fluent中文版流体计算工程案例详解

ansys fluent中文版流体计算工程案例详解ANSYS Fluent是一种用于计算流体力学的软件,通过数值模拟的方式进行流体分析和设计。
在实际应用中,需要使用流体计算工程案例来验证仿真结果的准确性和可靠性。
下面将介绍一些常见的应用案例。
1.汽车空气动力学设计。
在汽车设计中,空气动力学是一个非常重要的因素。
使用ANSYS Fluent可以对汽车外形进行流体分析,如气流、气压、气动力等。
通过对气流的模拟,可以优化车身外形设计,提高汽车的性能和燃油经济性。
2.船舶流场分析。
船舶的流体设计是提高船舶速度和燃油经济性的重要因素。
使用ANSYS Fluent可以对船舶外形和水动力性能进行分析。
通过模拟船舶在水中的流动情况,可以优化船体外形和螺旋桨设计,提高航行效率。
3.风力发电机设计。
风力发电机是一种通过风力发电的机械设备。
通过ANSYS Fluent对风场进行数值模拟,可以预测风力发电机的性能和稳定性。
通过分析叶片的气动力学特性,可以优化叶片的设计,提高风力发电机的发电效率。
4.石油钻井液流分析。
石油钻井过程中,需要注入液体来冷却钻头并加速岩屑的排除。
使用ANSYS Fluent对液体的流动情况进行数值模拟,可以预测液体的流动速度和压降,优化钻井液的配比,提高钻井效率。
5.医用注射器设计。
医用注射器是一种常见的医疗器械。
通过使用ANSYS Fluent分析注射器的流场,可以优化注射器的设计。
通过预测注射器注射药液时的速度和压降,可以优化注射器的内部结构和开孔位置,提高注射的精度和安全性。
总之,ANSYS Fluent可以应用于各种流体力学领域,帮助工程师们进行流体力学设计与分析,取得更高效准确的结果。
这些案例都为设计和实施各种流体系统提供了指导,可以大大提高工作效率。
ansys fluent2020综合应用案例详解

ansys fluent2020综合应用案例详解一、引言Ansys Fluent是一款广泛应用于流体动力学分析的软件,被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、电子设备、能源等多个行业。
该软件功能强大,包含了前处理、求解器以及后处理等多个模块,能够实现流体动力学分析的全方位服务。
本文将通过一个综合应用案例,详细解析Ansys Fluent 2020的使用方法和应用领域。
二、案例详解本案例将通过一个实际项目——某型电动汽车的空气动力性能优化,来详细解析Ansys Fluent 2020的综合应用。
1. 项目背景某电动汽车制造商希望提高其车型的空气动力性能,减少风阻,从而提高车辆的行驶效率和续航里程。
他们找到了一个具有丰富经验的咨询公司,希望通过Ansys Fluent 2020对车辆的空气动力性能进行优化。
2. 前处理咨询公司首先使用Ansys Fluent 2020的前处理模块,对车辆进行建模。
他们使用CAD工具创建了车辆的三维模型,并使用Ansys Fluent的网格生成功能,将车辆模型划分为有限个网格。
这一步是流体动力学分析的基础,良好的网格质量可以提高分析的精度和稳定性。
3. 求解器应用在完成前处理之后,咨询公司使用Ansys Fluent 2020的求解器模块,对车辆的空气动力性能进行模拟。
他们设定了模拟的条件,包括车速、风速、车辆姿态等,然后进行模拟计算。
通过求解器模块的应用,可以获取车辆在不同条件下的空气动力性能数据。
4. 后处理应用在模拟完成后,咨询公司使用Ansys Fluent 2020的后处理模块,对模拟结果进行详细分析。
他们通过图表和数据,展示了车辆在不同条件下的风阻系数、升力系数等空气动力性能指标。
通过这些数据,可以清楚地看到车辆在各个角度和速度下的空气动力性能表现。
5. 优化方案制定基于模拟结果和分析数据,咨询公司为电动汽车制造商提供了优化方案。
他们建议对车辆的外观进行优化设计,以降低风阻系数和提高空气动力性能。
计算流体动力学在空气动力学中的应用案例研究

计算流体动力学在空气动力学中的应用案例研究计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)是一种利用数值模拟和计算方法研究流体力学问题的工具。
它在空气动力学中的应用非常广泛,能够为航空航天、汽车工程、建筑设计等领域提供精确的流场和气动力学特性预测。
本文将介绍几个计算流体动力学在空气动力学领域中的应用案例,并探讨其研究成果。
首先,我们来看一个关于飞机空气动力学设计的案例。
飞机是一种代表性的复杂流动体,其流场复杂性和气动力学特性直接影响着其性能和安全。
利用CFD方法可以模拟飞机在各种飞行条件下的空气动力学特性,例如升力、阻力、气动稳定性等。
通过对流场的详细分析,研究人员可以优化飞机的机翼、机身等部件的设计,提高其整体性能。
另一个应用案例是汽车空气动力学性能研究。
汽车的空气动力学特性对其燃油经济性和操控性能有着重要影响。
CFD方法可以模拟汽车在高速行驶时的气流分布、车身与地面之间的气流互动等。
通过对车辆的空气阻力、升力、侧力等参数进行计算和优化,研究人员可以改善车辆的空气动力学性能,减少油耗,提高操控性。
此外,建筑设计中的空气动力学也是一个重要的应用领域。
建筑物在强风等外部环境作用下,容易产生大风压和气流涡旋,可能引发结构失稳,甚至导致倒塌。
利用CFD方法可以模拟建筑物周围的气流环境,预测风荷载对建筑物的影响,并且优化建筑物的设计。
例如,在高层建筑的设计中,借助CFD方法可以通过调整建筑物的外形、减少阻力等手段,提高其抗风能力。
除了上述案例之外,CFD在空气动力学研究中的应用还涉及天气预报、风力发电、火灾的烟气扩散等领域。
通过建立合理的数学模型和计算网格,利用CFD算法求解流场方程,可以模拟并预测气体在室外环境中的传输情况,为天气预报、环境管理等提供数据支持。
综上所述,计算流体动力学在空气动力学领域中的应用案例研究丰富多样,并取得了不少研究成果。
通过CFD方法,研究人员能够获得精确的流场分布和气动力学特性,为飞行器、汽车、建筑等领域提供科学的设计和优化依据。
cfd面试题目(3篇)

第1篇一、基础知识与理论1. 请简述CFLD的定义及其在流体力学中的应用。
2. 请解释CFLD中常用的数值方法,如有限体积法、有限差分法、有限元法等,并比较它们的优缺点。
3. 请简述CFLD中的边界条件和初始条件对计算结果的影响。
4. 请解释CFLD中的湍流模型,如k-ε模型、k-ω模型、RANS模型和LES模型,并比较它们的适用范围。
5. 请说明CFLD中求解器的作用,以及如何选择合适的求解器。
6. 请简述CFLD中的网格划分技术,如结构网格、非结构网格、混合网格等,并比较它们的优缺点。
7. 请解释CFLD中的数值稳定性与精度之间的关系。
8. 请简述CFLD中的计算误差来源,如数值误差、离散误差、舍入误差等。
9. 请说明CFLD在航空航天、船舶、汽车、能源、环境等领域的应用。
10. 请简述CFLD在工程实践中的重要性。
二、案例分析1. 请分析一个典型的CFLD工程案例,包括工程背景、问题分析、解决方案、计算过程和结果分析。
2. 请分析一个CFLD计算结果,包括结果分析、误差分析、改进措施等。
3. 请分析一个CFLD计算过程中遇到的问题,如数值稳定性问题、收敛性问题等,并提出解决方案。
4. 请分析一个CFLD计算结果与实验结果不符的原因,并提出改进措施。
5. 请分析一个CFLD计算过程中遇到的网格划分问题,如网格质量、网格拓扑等,并提出解决方案。
三、实践操作1. 请使用CFLD软件进行一个简单的流体力学计算,如圆管内流、平面射流等,并分析计算结果。
2. 请使用CFLD软件进行一个复杂工程案例的计算,如飞机机翼、船舶螺旋桨等,并分析计算结果。
3. 请根据给定的工程问题,选择合适的CFLD软件和数值方法,进行计算和结果分析。
4. 请根据给定的计算结果,分析问题原因,并提出改进措施。
5. 请根据给定的工程问题,设计一个CFLD计算方案,包括软件选择、数值方法、网格划分等。
四、前沿技术与发展趋势1. 请简述CFLD中的新型数值方法,如格子玻尔兹曼方法、自适应网格方法等。
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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
谢谢!
地址:北京市朝阳区八里庄东里1号莱锦TOWN园区Cn08座
邮编:100025
电话:+86-10-52167777 传真:+86-10-52167799 电邮:info@
Boat tail angle Long roof drop angle Green House Angle Front Spoiler Angle
Min
- 1.85 - 2.30 - 0.70
Baseline
0.0 0.0 0.0 0.0
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
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。
CFD Domain Receiver
Sound Propagation
p’(t)
Source (1) 计算源 (2) 计算传播 (3) 后处理声音信号(FFT)
ANSYS FLUENT中的气动噪声模拟方法
• FW-H方法的优点:
CFD的优势
2. 深入理解
• • 整个流场的可视性 更好的设计决策
CFD的优势
3. 权衡研究
• 冷却气流和气动阻力的权衡
增加或减少格栅 进气量会如何影响 气动阻力?
CFD的优势
4. 设计探索
• • 参数化研究 试验设计(DOE)
•
六西格玛
CFD的优势
5. 优化
• • 伴随求解器(Adjoint Solver) 外形敏感度,变量梯度驱动的外形改变
基于RBF Morph的优化案例
• 原车受到的气动阻力为388.01 N,经过优化分析后的气动阻力为372.30
N,降低了约4%的气动阻力。
原车
优化后
目录
1、ANSYS CFD在汽车外空气动力学领域的应用 2、ANSYS CFD在汽车外空气动力学领域的案例分享 3、ANSYS CFD在汽车气动噪声领域的应用 4、ANSYS CFD在汽车气动噪声领域的案例分享
CAD设计更改 网格划分
如果设计点很多 非常耗时!
计算求解
ANSYS CFD解决方案
使用网格变形的优化过程
清理几何,划分网 格,只需进行一次
如果设计点很 多,网格变形仅 需很短的时间
ANSYS CFD解决方案
Adjoint Solver(伴随求解器)是Fluent中的一个专用工具,它扩展了 传统流体求解器的分析范畴,能够提供一个流体系统详细的性能敏感性 数据。 它可以用来计算一个工程数据相对于所有系统输入的导数。
• 使用RBF Morph,实现对原车外形的参数化变形,共定义了4个参数化变 量,各变量的可变范围如下。
车尾两 侧角度
车顶后段 下倾角度
座舱后 部角度
前端扰流 板角度
基于RBF Morph的优化案例
• 使用DesignXplorer,定义设计空间,对4个参数化变量进行寻优。
Design Space Bounds Parameter
这些导数/敏感性可以用来:
提供极有价值的工程角度的深入了解 优化系统性能 发现流体中由于离散误差而潜在地带来强烈影响的区域
形状敏感性带来几何优化的能力
Adjoint Solver的求解结果得到后,即可基于简单的梯度算法,对系统 进行智能的设计改进,从而实现设计优化。
ANSYS CFD解决方案
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
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
气动噪声
噪声源:由流动造成的瞬态压力脉动
声音:压力波在介质中的传播
噪声传播介质
Sound 流动
接收位置
噪声源
气动噪声
噪声源的种类:
• 单极子噪声源:起因于来流的质量脉动,其声功率与流场平均流速的4次方成比例 • 偶极子噪声源:起因于作用在表面上的压力脉动,其声功率与流场平均速度的6次方成比例 • 四极子噪声源:起因于湍流的剪切应力,其声功率与流场平均速度的8次方成比例
用的诊断信息来快速确定流动中的哪一部分对噪声影响最大。然而,这些源项模型不
能预测接收位置的准确噪声量级。 • Broadband模型不需要瞬态流动解,所有的源项模型只需要典型的RANS方程解,比 如实际速度场、湍动能和湍流耗散率。因此宽频噪声模型需要最小的计算代价。
ANSYS FLUENT中的气动噪声模拟方法
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
演讲人:崔亮
目录
1、ANSYS CFD在汽车外空气动力学领域的应用 2、ANSYS CFD在汽车外空气动力学领域的案例分享 3、ANSYS CFD在汽车气动噪声领域的应用 4、ANSYS CFD在汽车气动噪声领域的案例分享
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1、ANSYS CFD在汽车外空气动力学领域的应用 2、ANSYS CFD在汽车外空气动力学领域的案例分享 3、ANSYS CFD在汽车气动噪声领域的应用 4、ANSYS CFD在汽车气动噪声领域的案例分享
侧后视镜的噪声分析案例
• 侧后视镜造成的高强度湍流和瞬态的绕流尾迹,带来了瞬态的压力脉动,是风
• 试验结果对比
Side View
SPL (dB)
90
Experimental CFD - CAA CFD - AA
70
50
30
Pt 101 Top View 接收位置
10 0 500 1000 Frequency (Hz) 1500 2000
试验数据来源:Hold et al. (AIAA-99-1896);Seigert et al. (AIAA-99-1895)
噪声的主要来源之一。
• 风速200 km/h,雷诺数 7 105 • 140万纯六面体网格
Pressure Far-Field Walls
• 时间步长60 ms,总时间步2100
Velocity Inlet
Symmetry
侧后视镜的噪声分析案例
• 直接计算法和噪声比拟方法的计算结果 110
Point 101
单极子
Flow Flow
偶极子
Flow
四极子
m = m(t)
psurface = psurface(t)
t
= t(t)
气动噪声的仿真挑战
• 气动噪声问题本质上是瞬态问题
计算量大
• 噪声辐射能仅占主流能量的极少部分
噪声的压力脉动幅值和气动压力相比极小 声压级=80 dB,声压=0.2 Pa,背景压力=101325 Pa
优化设计 运行Fluent CFD求解器
局部 最优 局部优化 x0 x 1 x2
全局 最优 x4 x3
x5
qi c j
运行 Adjoint solver
Adjoint后处理
ANSYS CFD解决方案
• 通过后处理,对仿真结果的理解更加全面
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• 宽频噪声模型的优点:
• 计算代价最小 • 稳态的RANS方法
• 宽频噪声模型的缺点
• 计算精度低 • 无法计算出准确的噪声量级