非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格FVM在流體動(dòng)力聲學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用研究.pdf

1、流體動(dòng)力噪聲是日常生活中和自然界最常見的噪聲源之一，經(jīng)常存在于民生、航空、航海以及工業(yè)應(yīng)用中，認(rèn)識(shí)、預(yù)測(cè)并最終控制流體動(dòng)力噪聲的工作顯得越來越重要，并且引起學(xué)術(shù)界和航空、航海以及工業(yè)應(yīng)用部門的日益重視。流體動(dòng)力噪聲數(shù)值模擬的關(guān)鍵技術(shù)包括流體動(dòng)力噪聲的計(jì)算方法、時(shí)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(dòng)力噪聲計(jì)算的數(shù)值模擬軟件，研究聲傳播、遠(yuǎn)場(chǎng)聲學(xué)特性以及流體動(dòng)力噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和傳播過程。
　　為了驗(yàn)證采用計(jì)算流體

2、力學(xué)方法研究流體動(dòng)力噪聲問題的可行性，編制了用于靜態(tài)介質(zhì)中聲傳播模擬程序。采用有限體積法離散聲學(xué)方程，時(shí)間項(xiàng)采用二階歐拉隱式格式，對(duì)流項(xiàng)采用TVD-SUPERBEE格式，擴(kuò)散項(xiàng)采用中心差分，由SIMPLE算法求解聲壓-質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度耦合。通過用戶自定義聲傳播介質(zhì)，可將其應(yīng)用于任意靜態(tài)介質(zhì)中聲傳播問題。
　　針對(duì)流體動(dòng)力噪聲計(jì)算應(yīng)用最廣的FW-H方程，了解FW-H方程的詳細(xì)推導(dǎo)過程，分析FW-H方程的適用范圍，且提出了內(nèi)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(wǎng)格的較大工作量，同時(shí)避免了流場(chǎng)信息在聲源積分面上采用插值引起的誤差。
　　針對(duì)低速流流體動(dòng)力噪聲問題，通過對(duì)可壓流場(chǎng)量分解成不可壓流場(chǎng)量和聲擾動(dòng)量，得到聲擾動(dòng)方程，并以中間矢量變換聲擾動(dòng)方程，使其和N-S方程具有相同形式，采用基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有限體積法求解聲擾動(dòng)方程，詳細(xì)討論聲擾動(dòng)方程的對(duì)流項(xiàng)和源項(xiàng)處理方法，并將SIMPLE算法擴(kuò)展到聲擾動(dòng)

4、方程求解中。
　　針對(duì)計(jì)算域相比物理區(qū)域要小得多且計(jì)算邊界不能影響域內(nèi)模擬結(jié)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(xué)無反射邊界問題。采用時(shí)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(nèi)部單元方程組。從聲擾動(dòng)方程出發(fā)，推導(dǎo)出完美匹配層聲學(xué)方程以及變換系數(shù)，將計(jì)算域分解成聲擾動(dòng)和完美匹配層兩個(gè)區(qū)域，在兩區(qū)域交界面上實(shí)現(xiàn)耦合求解。
　　詳細(xì)歸納基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有限體積法的計(jì)算流體動(dòng)力聲學(xué)軟件的需