计算气动声学
xflow流体计算中气动声学DCS方法和离散相DPM模块的说明
xflow流体计算中气动声学DCS方法和离散相DPM模块的说明注：xflow是新一代计算流体动力学（CFD）模拟软件，欢迎加入技术交流群QQ：200378871Xflow中气动声学模块说明Xflow流体求解器是可压缩的，可以物理上解决声学压力波。
同时xflow采用LED大涡模拟湍流，可以对流场中用户定义的浮动结构（fluctuating structures）进行直接模拟求解。
Xflow中采用的气动声学方法叫做直接模拟方法DCS（direct computation of sound），此数值方程式不需添加任何人工剪切粘度或者稳定控制。
Xflow中的气动声学模块能让用户输入体积粘度（volume bulk viscosity），也叫第二粘度，从而来模拟压力波按照声速速度扩散。
声压是通过一定环境压力下的声波得到的，SPL（Sound Pressure Level）是按照有效声压与参考声压的自然对数关系计算的。
其单位为dB，按照某一标准值来定义的，在xflow中的计算如下：P为测试点上的波动表压力值，p ref为参考压力值，2.10-5Pa。
此可以在xflow中的函数处理中显示。
当acoustics analysis关闭不考虑时，内部计算体积粘度是处理减轻边界条件不一致，如杂散波。
Xflow中模拟离散相（DPM）的说明Xflow除了对连续相输运方程进行求解，同时还可以对离散相进行求解，离散相多为离散在连续相里面的球性颗粒，如液滴、粉层、气泡等。
X flow模拟离散相时具有下面特点：●基于拉格朗日格式计算离散相的轨迹，考虑离散相的惯性项，空气阻力，重力项。
●通过湍流来预测粒子的扩散单向耦合：流体流动通过拖曳力和湍流作用来影响粒子运动，但粒子运动对流体流动没有影响。
●不考虑粒子间的碰撞限制：xflow中的离散相模拟，需有个前提假设，离散相为在空间中是充分稀释的，从而忽略离粒子间的相互作用力，同时不考虑离散粒子体积分数对连续相的影响。
基于格子Boltzmann方法的气动声学计算
基于格子Boltzmann方法的气动声学计算司海青;石岩;王兵;吴晓军【摘要】研究了应用于气动声学计算中的格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann method,LBM),采用非平衡外推格式处理壁面边界条件,远场无反射边界条件采用吸收层边界条件.首先,将LBM应用于顶盖驱动的空腔流动模拟进行程序验证;然后,数值研究气动声学中的几个典型问题,特别讨论了黏性对LBM数值解的影响,并与传统的四阶精度低色散保持格式(Dispersion-relation-preserving,DRP)比较,检验了该方法模拟气动声学基本问题的能力,为进一步运用该方法模拟复杂物体产生噪声奠定基础.研究表明,尽管标准LBM方法在时间、空间上仅有二阶精度,但是,LBM方法计算得到的结果能和分析解保持一致,它是有效且可行的气动声学计算方法.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2013(045)005【总页数】5页(P616-620)【关键词】格子Boltzmann方法;壁面边界条件;吸收层边界条件;计算气动声学;计算流体力学【作者】司海青;石岩;王兵;吴晓军【作者单位】南京航空航天大学民航/飞行学院,南京,210016;南京航空航天大学民航/飞行学院,南京,210016;南京航空航天大学民航/飞行学院,南京,210016;中国空气动力研究与发展中心,绵阳,621000【正文语种】中文【中图分类】V211.3格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann method，LBM）的产生与发展，不仅在计算流体力学领域中产生了深远的影响，它所使用的处理方法和观点对其他学科也是富有启发性的。
尽管LBM方法［1］在计算流体力学领域中已得到较多应用，但它在计算气动声学领域中的研究［2－5］与应用相对较晚。
近几年，在计算动力学（Computational aeroacoustics，CAA）研究领域，LBM正逐渐受到国外研究者们的足够重视，Buick等［5］运用LBM解决无黏性的声传播问题，然后，Dellar等［6］运用该方法求解含有黏性的声传播问题。
ACTRAN AERO-Acoustics_Theory_complete-ACTRAN气动声学理论完整版
半经验模型：不依赖于非定常的流体计算。
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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
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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）
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Analogy concept
声类比理论
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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)
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航空器设计中的气动声学研究
航空器设计中的气动声学研究在现代航空领域，航空器的设计是一项极其复杂且综合性极强的工程。
其中，气动声学研究作为一个关键环节，对于提升航空器的性能、舒适性以及环保性都具有至关重要的意义。
让我们先来了解一下什么是气动声学。
简单来说，气动声学就是研究流体（如空气）与物体相互作用时产生的声音现象及其相关规律的学科。
在航空器中，当飞机在空中高速飞行时，空气流经飞机的表面，如机翼、机身、发动机等部件，会产生各种气流扰动和压力变化，从而导致噪声的产生。
那么，为什么要在航空器设计中重视气动声学研究呢？首先，过大的噪声会对乘客和机组人员的舒适性造成严重影响。
想象一下，在长时间的飞行中，耳边充斥着巨大的噪音，这不仅会让人感到烦躁和疲劳，还可能影响到人们的健康。
其次，从环保的角度来看，航空器产生的噪声对机场周边的居民也会带来很大的困扰。
随着环保意识的不断提高，降低航空器噪声已经成为了航空业必须面对的一个重要问题。
此外，噪声还可能影响到航空器自身的结构强度和疲劳寿命，增加维护成本和安全风险。
在航空器设计中，影响气动声学性能的因素众多。
飞机的外形设计就是其中之一。
例如，机翼的形状、翼梢的处理方式等都会对气流的流动和噪声的产生产生影响。
流线型的机翼设计可以减少气流的分离和湍流，从而降低噪声。
发动机的设计也是至关重要的。
发动机内部的风扇、压气机、涡轮等部件在工作时会产生大量的噪声。
通过优化发动机的叶片形状、间距以及采用先进的降噪技术，可以有效地降低发动机噪声。
为了研究航空器的气动声学特性，科研人员们采用了多种先进的技术和方法。
数值模拟就是其中一种常用的手段。
通过建立复杂的数学模型和使用强大的计算机进行计算，可以模拟出航空器周围的气流流动和噪声传播情况。
风洞试验也是不可或缺的。
在风洞中，可以对不同的航空器模型进行测试，直接测量噪声的强度和频谱等参数。
此外，还有声学测量技术，如麦克风阵列等，可以精确地定位噪声源和分析噪声的特性。
计算气动声学 二. 声学原理(一)
对于两束声波，pirms
=
√pi ,
2
i = 1, 2
p1 = 0.503pa
假设二者同相位，即ϕ = 0，有p′2 = 0.5(p1 + p2)2
得SPL
=
20log10[
√1 2
(p1
+p2
)
2×10−5
]
=
88.9dB
huangxun@ (黄迅)
计算气动声学
Oct 2010 6 / 16
c2 ∂ρ′2 + p′ ∂u = 0
2ρ0 ∂t
∂x
方程(4)两端乘以u
∂p′ ∂x
=
0
两式相加，有
∂ ∂t
(
ρ0 u2 2
+
c2 ρ′2 )
2ρ0
+
∂ ∂x
(p′u)
=
0
容易看出
ρ0 u2 2
表示动能密度，记为ek
另外
c2 ρ′2 2ρ0
表示势能密度，记为ep
，理由如下
ρ′)u}(x
+
δx,
t)
假设背景流动定常，且关于x方向密度ρ0均匀分布，注意到u, ρ′等都为小量，有
∂ρ′
∂u
∂t + ρ0 ∂x = 0
huangxun@ (黄迅)
计算气动声学
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(3)
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一维波动方程
考虑动量方程，且p = p0 + p′, ρ = ρ0 + ρ′有
声音是流场中扰动的传播 扰动源(声源)可是不固体、液体、气体或者其他地方的振动
声音以机械波的形式传播 声的传播需要介质。声速c：在空气中约为340m/s，在水中约 为1500m/s 一般情况下，声波在传播过程中，波前曲率逐渐变小，趋近于平面波
actran气动声学算例
actran气动声学算例
计算气动声学的一个常见示例是使用 Actran 软件进行飞机外部噪声的预测。
以下是一个基于 Actran 的气动声学算例的简要描述：
1. 几何模型和网格生成：首先，需要建立飞机的几何模型，并使用合适的网格生成工具生成计算网格。
网格的质量和分辨率对于准确的声学计算非常重要。
2. 流动模拟：使用计算流体力学（CFD）软件，如Fluent 或 StarCCM+，对飞机周围的流场进行模拟。
这将提供流场的速度、压力和温度等信息。
3. 声学模拟：将 CFD 得到的流场数据导入 Actran 中，使用气动声学模块进行声学模拟。
Actran 可以根据流场信息计算出声波的产生、传播和反射。
4. 声源建模：在 Actran 中，可以定义各种声源，如飞机表面的脉动压力、喷流噪声等。
这些声源的特性将根据 CFD 结果或实验数据进行设置。
5. 声学传播计算：Actran 会根据声源信息和几何模型，计算声波在空间中的传播。
它可以考虑声的反射、折射和衰减等因素。
6. 结果分析：计算完成后，Actran 可以提供声学结果的可视化和分析工具。
可以查看声压级分布、噪声辐射方向图、频率谱等，以评估飞机的噪声水平。
通过这样的算例，研究人员或工程师可以评估不同设计方案对飞机噪声的影响，优化飞机的外形或其他参数，以降低噪声水平。
需要注意的是，这只是一个简单的示例，实际的 Actran 气动声学计算可能会涉及更复杂的模型、边界条件和声源设置，具体取决于研究的具体问题和要求。
【国家自然科学基金】_计算气动声学_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
推荐指数 3 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
科研热词 计算气动声学 数值模拟 气动噪声 高阶间断有限元法 高阶滤波格式 高速列车 风力机 阻抗 阀门 输气管道 计算气动噪声 色散耗散特性 线性化欧拉方程 线化欧拉方程 空气动力制动 流动噪声 气动性能 气动声学 时域 数值非稳定性 改进的声扰动方程 射流流场 宽频 大涡模拟 多自由度 多喷管 声扰动方程 声学性能 单极子源 升阻比 分析方法 低速翼型 优化设计 sngr nodal-dg方法 fluent软件 cfd模拟
科研热词 非定常流动 隐式推进 谱方法 计算气动声学 紧致格式 离心风机 数值模拟 降噪机理分析 蜗舌 背景噪声 空气动力场 滤波 渐进稳定性 气固两相流 有限差分法 有限差分格式 数值计算 序列二次规划方法 序列二次规划 声衰减 声学测量 基频 四角锅炉 噪声测试 噪声 切圆直径 冷模试验 偶极子声源 仿生
推荐指数 6 4 3 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
计算气动声学中的高阶Nodal-DG方法研究
计算气动声学中的高阶Nodal-DG方法研究陈二云;赵改平;杨爱玲;卓文涛【摘要】气动噪声的直接模拟对数值格式的色散、耗散特性提出了严格的要求.基于描述声波的线性双曲方程,运用本征值方法分析了高阶Nodal-DG方法的色散、耗散特性.结果发现,对于任意给定的m阶多项式基函数,数值波解有m+1个值,但仅有一个能够表示对应微分方程的物理波传播方式,其余的都是寄生波,且两种波型的传播方向相反.通过与Tam的DRP格式和Lele的六阶紧致格式进行比较,发现在相同的计算精度下,Nodal- DG方法的有效求解波数范围介于DRP格式和六阶紧致格式之间.通过对初始扰动为高斯波形的计算比较发现,在较少的网格数下,Nodal- DG方法的计算结果可以与紧致格式的计算结果相比,但优于DRP格式的计算结果,非常适合于气动声学的数值模拟,为气动声场的直接计算提供了一种新的方法.%Numerical schemes that result in minimal dispersion and dissipation errors are generally preferred for direct simulation of noise propagation. Dispersion and dissipation properties of nodal discontinuous Galerkin( DG) method for the linearized Euler equation were investigated by utilizing an eigenvalue analysis technique. It was found that for any given mth order of basis functions, there are m + 1 modes of numerical waves. But among them only one represents propagating mode of physical wave corresponding to the partial differential equation, the rest belongs to numerical parasite modes, and moreover the propagation directions of these two kinds of numerical modes are opposite. The comparisons of dispersion properties among the nodal discontinuous Galerkin method, DRP schemes and compact finite difference schemeswith the same order show the solvable wavenumber range of nodal DG method lies between those of DRP schemes and compact finite difference schemes. A test problem of wave propagation with initial disturbance consisting of a Gaussian profile was solved. The quality of solution obtained by nodal DG method with less grid number is analogous to that by compact finite difference schemes, but better than that by DRP schemes, which indicates the method is appropriate to direct numerical simulation of aeroacoustics.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2012(031)003【总页数】4页(P168-171)【关键词】计算气动声学;色散耗散特性;Nodal-DG方法【作者】陈二云;赵改平;杨爱玲;卓文涛【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】O422.6气动声学作为气动力学和声学之间的一门交叉性学科，主要研究流动及其与物体相互作用产生噪声的机理［1］。
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计算气动声学
计算气动声学是一门研究气体流动与声波传播相互作用的学科。
它涉及到流体力学、声学、数值计算等多个领域的知识。
在实际工程中，计算气动声学广泛应用于飞机、汽车、风力发电、化工等领域。
计算气动声学的主要研究内容包括：流体力学基础、声学基础、数值计算方法、声波传播理论、边界条件、声学模拟软件等。
其中，数值计算方法是计算气动声学研究的核心内容之一。
常见的数值计算方法包括有限元法、有限差分法、有限体积法等。
在实际工程中，计算气动声学的应用十分广泛。
以飞机为例，计算气动声学可以用于对飞机的噪声进行预测和控制。
在汽车工程中，计算气动声学可以用于车辆的气动噪声和空气阻力的优化设计。
在风力发电领域，计算气动声学可以用于风力机叶片的噪声和振动分析。
总之，计算气动声学是一个重要的交叉学科，它的研究成果为工程领域的科学设计和技术创新提供了重要的理论和实践支持。
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