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案例|FW-H实时噪声

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1年前浏览8315

本案例利用STAR CCM 中的DES模型及FW-H模型模拟圆柱绕流实时噪声。

 

注:本案例为STAR CCM 随机案例。

1 打开初始文件

  • 启动STAR CCM ,加载初始文件BroadbandModelsNoiseFromACylinderPreparation2RefiningVolMesh_final.sim,另存仿真文件为cylinderUnsteady.sim

2 选择物理模型

  • 选择物理模型
  • 取消以下物理模型

    • Proudman
    • Noise Source Models
    • Curle
    • Broadband Noise Sources
    • Aeroacoustics
    • All y Wall Treatment
    • All y Wall Treatment
    • SST (Menter) K-Omega
    • K-Omega Turbulence
    • Reynolds-Averaged Navier-Stokes
    • Turbulent
    • Steady

取消选项Auto-select recommended models,并重新选择以下模型:

  • Implicit Unsteady
  • Turbulent
  • Detached Eddy Simulation
  • SST(Menter)K-Omega Detached Eddy
  • All y Wall Treatment

选择完毕的模型对话框如下图所示。

  • 如图所示,选中模型树节点Segregated Flow ,指定属性参数ConvectionHybrid
  • 选中模型树节点SST(Menter)K-Omega Detached Eddy ,设置参数Formulation OptionDDES

3 设置求解参数

在设置声学模拟时,需要选择合理的时间步长。

通常要评估以下条件并选择最小值:

  • 对流库朗数:隐式解算器通常在局部10-100范围内的最大值处稳定,但总体平均值应在1左右。在本案例中,2.5E-5s的时间步长能得到一个平均值约为1的对流Courant数。
  • 最大解析频率:例如要在3000 Hz的波中获得10个点(在人类听力最敏感的点周围),时间步长应为10 x 3000 Hz=30000 Hz,或3.33E-5 s。
  • 局部 Strouhal 脱落:在本案例采用的雷诺数为 63800,圆柱体在Strouhal数大约为 0.22 时涡脱落。此数字对应脱落频率 500 Hz。捕捉此脱落频率需要的时间步大小为 2.0E-4 s。

最小时间步长可取对流库朗数标准要求的大小 2.5E-5 s。

  • 点击模型树节点Solvers > Implicit Unsteady ,设置时间步长为2.5e-5 s ,设置Temporal-Discretization2nd-order
  • Solvers > Segregated Flow > Velocity设置亚松弛因子为0.9
  • Segregated Flow > Pressure设置亚松弛因子为0.7
  • 设置Maximum Physical Time0.0533 s
  • 取消激活选项Maximum Steps
  • 选中Monitors节点下的子节点 Drag Coefficient MonitorLift Coefficient Monitor ,设置TriggerTime Step ,如下图所示

4 显示平均速度

  • 右键选择模型树节点Monitors ,点击右键菜单New Monitor > Field Mean
  • 选择模型树节点Field Mean 1 ,指定其参数PartsBody 1 ,指定Field FunctionVelocity Magnitude ,如下图所示
  • 选中节点Field Mean 1 > Time-Step Frequency ,指定参数Start800
  • 拷贝并粘贴模型树节点Scenes > Velocity,重新命名节点为 Mean Velocity Magnitude,指定Scalar FieldMean of Velocity:Magnitude

5 监测压力

  • 右键选择模型树节点Derived Parts ,点击弹出菜单项New Part > Probe > Point ,创建3个监测点
序号监测点名称坐标
1Probe-back[0.0101, 0, 1e-4]
2Probe-bottom[0, -0.0101, 1e-4]
3Probe-top[0, 0.0101, 1e-4]

创建完毕后的三个点位置如下图所示。

  • 鼠标右键选择模型树节点Reports ,点击弹出菜单项New Report → User → Maximum 创建监测报告Pressure-back
  • 相同方式创建另外两个压力监测点,命名为Probe-top与Probe-bottom,主要修改监测点位置
  • 同时选中三个压力监测报告,点击右键菜单Create Monitor and Plot from Report
  • 弹出对话框中选择Single Plot
  • 修改节点Plots > Reports Plot名称为Pressure Probes Plot

6 监测力系数

  • 选中模型树节点Plots > Force Coefficient Plot ,设置参数X-Axis MonitorPhysical Time

7 保存瞬态数据

  • 选择菜单File > Auto Export… 打开文件输出对话框
节点
File FormatSurface fft files (*.trn)
Base NamecylinderPressureData
Append to File激活
Export Solution Data Only激活
Scalar FunctionsPressure
BoundariesBody 1:Cylinderwall
Derived Partsplane section
Update激活
TriggerTime Step
Time Step Frequency
Frequency1
Start50

设置完毕后的对话框如下图所示。

 

注:Auto Export功能还可以用于导出数据在第三方气动声学软件中使用。若有此需要,请选择文件格式为CD-adapco CCM File (*.ccm) ,因为很多第三方软件(如Actran、VA One 和 Virtual.Lab.Acoustics)可以直接读取 .ccm 格式。对于体积数据,使用Region属性选择适当区域;对于表面数据,可根据以上所示方式选择适当边界或衍生零部件。

8 设置FW-H分析

  • 右键选择模型树节点 Continua > Physics 1 ,点击弹出菜单项Select Models…,添加以下物理模型
    • Aeroacoustics
    • Ffowcs Williams-Hawkings Unsteady
    • On-The-Fly FW-H

选择完毕后的对话框如下图所示。

  • 选中模型树节点FW-H Receivers ,如下图所示设置参数

9 设置FW-H面

  • 右键选择模型树节点FW-H Surfaces ,点击弹出菜单项New > Impermeable Surface
  • 设置BoundariesBody 1:Cylinderwall ,如下图所示

10 设置FW-H 接收器

  • 右键选择模型树节点FW-H Receivers,点击右键菜单项New Point Receiver 创建节点OTF_FWH_Plus90deg100r
  • 如下图所示设置节点OTF_FWH_Plus90deg100r属性
  • 相同方式创建节点OTF_FWH_Minus90deg100r,设置节点属性如下图所示

11 设置FW-H求解器参数

  • 选择节点FW-H Unsteady Solver ,指定Start Time0.015 s

此参数用于定义点接收器开始计算声压时的物理时间

12 求解计算

  • 点击菜单Solution → Run 开始计算

13 计算结果

  • 升阻力系数随时间变化曲线
  • 三个监测点上的最大压力随时间变化曲线
  • 切面上的平均速度

14 进行谱分析

  • 右键选择模型树节点Tools > Data Set Functions,点击弹出菜单项New > Point Time Fourier Transform (G(p))
  • 选中节点G(p) 1 ,如下图所示设置参数
  • 鼠标右键选择模型树节点G(p) 1 > Monitor,点击弹出菜单项New derived data from monitor创建节点 derived monitor-back
  • 点击节点derived monitor-back,如下图所示选择Input Data 1Pressure-back Monitor
  • 相同方式创建节点derived monitor-bottom,选择Input Data 1Pressure-bottom Monitor
  • 相同方式创建节点derived monitor-top,选择Input Data 1Pressure-top Monitor
  • 同时选择前面创建的三个节点,激活选项Update Active,如下图所示
  • G(p) 1 节点重新命名为 FFT-SPL
  • 鼠标右键选择模型树节点Plots ,点击弹出菜单项New Plot > Monitor Plot 创建新节点Monitor Plot - SPL
  • 右键选择模型树节点 Plots > Monitor Plot - SPL > Data Series,点击弹出菜单项Add Data
  • 弹出的对话框中选择Derived Data下的三个节点,如下图所示
  • 选中模型树节点Bottom Axis ,如下图所示设置参数

得到的声压级数据如下图所示。

从图中看出,顶部与底部的声压级在540 Hz左右存在峰值,后部声压级在1000 Hz左右存在峰值。


(完毕)

来源:CFD之道
Star-CCM+科普AcousticsVA One声学Fourier Transform
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2022-06-24
最近编辑:1年前
CFD之道
博士 | 教师 探讨CFD职场生活,闲谈CFD里外
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未登录
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广行无疆
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1年前
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