STAR-CCM+气动声学简介

气动声学是多物理场建模和模拟的一个分支，涉及识别由流体流引发的噪声源和随后所产生声波的传播，声音产生的主要机制可归类为：  

• 涡流脱落噪声    

从流体中的钝体释放的涡旋，因涡流脱落引起的体上的时间变化循环会在体本身上产生波动力，该波动力将传递到流体并作为声音传播。  

• 湍流结构相互作用噪声    

碰撞在固体表面上的涡旋结构在远程声场的体表面上产生局部压力波动。  

• 尾缘噪声    

因边界层不稳定性与表面边的相互作用产生噪声，例如旋转叶片上的流动产生的噪声。

使用计算方法对噪声产生进行建模时，必须捕捉与声学分析相关的噪声源和频率，噪声源的分辨率取决于湍流建模的保真度，在噪声的模拟中主要有以下方法。  

1. 1.宽带噪声源模型    

在近场噪声预测中，宽带噪声源模型用于计算主要噪声源的位置和强度。在频率域中，宽带噪声具有连续的频谱，其中，声能在给定范围内的所有频率处连续分布。噪声源包含偶极源的表面分布（Curle模型）和四极源的体积分布（Proudman模型）。  

1. 2.Ffowcs Williams-Hawkings（FW-H）气动声学模型    

FW-H气动声学模型是基于积分公式预测远场声学，该模型可计算远场声信号，这些信号由CFD求解得出的近场流数据扩展得到，目的是预测每个接收器位置处的小振幅声压波动。FW-H声学模型只用于预测自由空间中的声音传播，不包括声音反射、折射或材料改性等效果。FW-H模型是将连续性方程和动量方程精确地重新整理为不均匀波方程形式，即使在积分表面位于非线性流体区域中的情况下，FW-H方程的结果同样精确，其根据自由空间格林函数来计算观察器位置处的声压。  

1. 3.直接噪声模拟    

直接噪声模拟需要求解整个流场以进行全面的非稳态模拟，要计算空气动力生成的声学特性，需要记录点（探头）或表面上随时间变化的静压。直接噪声模拟需要高数字分辨率来捕捉声压扰动的空间和瞬态效应，在后处理中，可使用傅里叶变换 (FT)进行光谱分析。直接噪声模拟可以直接在CFD模型中预测靠近声音产生源的噪声级；但是，使用直接模拟来预测距离声源有一段距离的噪声级别成本高昂，此时建议使用FW-H气动声学模型。