非結構化網格FVM在流體動力聲學計算中的應用研究.pdf

1、流體動力噪聲是日常生活中和自然界最常見的噪聲源之一，經常存在于民生、航空、航海以及工業(yè)應用中，認識、預測并最終控制流體動力噪聲的工作顯得越來越重要，并且引起學術界和航空、航海以及工業(yè)應用部門的日益重視。流體動力噪聲數值模擬的關鍵技術包括流體動力噪聲的計算方法、時空離散格式以及無反射邊界等。本文主要研究適用于低速流流體動力噪聲計算的數值模擬軟件，研究聲傳播、遠場聲學特性以及流體動力噪聲的產生機理和傳播過程。
　　為了驗證采用計算流體

2、力學方法研究流體動力噪聲問題的可行性，編制了用于靜態(tài)介質中聲傳播模擬程序。采用有限體積法離散聲學方程，時間項采用二階歐拉隱式格式，對流項采用TVD-SUPERBEE格式，擴散項采用中心差分，由SIMPLE算法求解聲壓-質點振動速度耦合。通過用戶自定義聲傳播介質，可將其應用于任意靜態(tài)介質中聲傳播問題。
　　針對流體動力噪聲計算應用最廣的FW-H方程，了解FW-H方程的詳細推導過程，分析FW-H方程的適用范圍，且提出了內部面近似法處理

3、可穿透聲源積分面，相比商業(yè)軟件的interior邊界法，克服了選用不同聲源積分面需重新劃分網格的較大工作量，同時避免了流場信息在聲源積分面上采用插值引起的誤差。
　　針對低速流流體動力噪聲問題，通過對可壓流場量分解成不可壓流場量和聲擾動量，得到聲擾動方程，并以中間矢量變換聲擾動方程，使其和N-S方程具有相同形式，采用基于非結構化網格有限體積法求解聲擾動方程，詳細討論聲擾動方程的對流項和源項處理方法，并將SIMPLE算法擴展到聲擾動

4、方程求解中。
　　針對計算域相比物理區(qū)域要小得多且計算邊界不能影響域內模擬結果問題，采用精度較高的輻射無反射邊界和完美匹配層吸收邊界處理聲學無反射邊界問題。采用時間隱式、有限體積法離散輻射無反射邊界方程，統(tǒng)一求解邊界和內部單元方程組。從聲擾動方程出發(fā)，推導出完美匹配層聲學方程以及變換系數，將計算域分解成聲擾動和完美匹配層兩個區(qū)域，在兩區(qū)域交界面上實現耦合求解。
　　詳細歸納基于非結構化網格有限體積法的計算流體動力聲學軟件的需