出风口射流噪声模拟

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1 前言

先前咱们做过弯头噪声模拟、圆柱绕流噪声模拟，今天我们接着做一个出风口射流噪声模拟案例。

2 建模与网格

由于我们还是采用FW-H方法来计算噪声传播，这种方法首先要获得精确的流场解，通常采用RANS湍流模型不太适合于噪声源流场的计算，采用LES、DES等特别是LES方法更为精确，但是这种方法所需的网格要很细，本案例在于演示方法，因此为了节省计算资源（没资源），还是采用二维模型，并启用二维LES湍流模型来计算流场。

我们创建如下的二维轴对称管道模型，注意这里的一个关键是要提前把FW-H积分面建好，因此会将整个计算域分隔成多个计算域，计算域尺寸和管道直径d的关系可根据图示来确定。这里的FW-H积分面实际上就是可穿透面，这个面的轮廓最好是包含了主要速度脉动区域，并尽量避免强涡结构直接穿越积分面，以提高声源计算精度。在划分网格时，需要将射流区域及下游的网格细化，因为这里是射流噪声源主要所在区域，以更为精确地捕捉压力脉动，这个操作可能存在积分面位置形状的调整与迭代，因为一开始并不知道涡结构的情况，只能凭经验猜测。

3 边界条件与求解设置

根据上图进行边界条件设置，入口为速度入口，速度值20m/s；

积分面设置为内部边界interior。

为了加快计算进度，可以先用RANS湍流模型比如k-e模型进行稳态计算获得初始流场，再用LES进行瞬态模拟。

瞬态模拟时间步长为5e-6，亦即最大可计算的声频率为100kHz，计算的时间步数需要足够大以获得“统计稳态”的流场，判断是否达到“统计稳态”的方法最合适的就是创建一些监测点，获得物理量关于时间的曲线。

其他的噪声模拟设置可参考之前的圆柱绕流噪声模拟案例，本案例不做冗述。

4 计算结果

我们先看一下主要涡结构分布（对称显示），可以到FW-H积分面包含了主要的涡结构

为了绘制声场指向性特征，我们按照如下方法创建麦克风，半径r分别取2m和4m，并用matlab绘制极坐标声压曲线，结果如下图，matlab绘图代码如下

clccleartheta=0:pi/18:pi*10/12;SPL1=[61.59 63.99 65.78 66.69 66.91 66.69 66.18 65.52 64.79 63.9 62.96 61.98 60.92 59.76 58.41 57.16];SPL2=[54.54 55.97 57.43 58.53 59.24 59.6 59.68 59.54 59.37 58.85 58.12 57.37 56.5 55.52 54.36 53.04];polar(theta,SPL1,'--o');hold onpolar(theta,SPL2,'--*');