本发明属于气动声学领域,具体涉及一种通用的湍流噪声计算方法及设备。
背景技术:
1、在研究气动声学问题时,声场可以被分为声源、声传播和声辐射三个区域。声源区域中流场和声场之间存在强耦合,物理上的高度非线性只能通过n-s方程描述。声传播区域中流场和声场之间存在弱耦合,声场对流场的影响可以被忽略,一般在非均匀背景流动上求解声传播方程。声辐射区域中假设流场和声场之间不存在耦合,该区域流场往往是均匀流场或者静止流场,一般通过积分方法求解。由于存储和时间成本过高,直接使用计算流体力学(cfd)或计算气动声学(caa)方法准确计算远场是不现实的,因此通常采用混合方法。即在近场进行高保真度数值模拟计算湍流,并将流量变量作为声辐射计算的输入,通过基于fw-h方程或kirchhoff公式的方法计算远场指向性。
2、然而,在实践中,为保证计算精度,声学积分面应置于数值耗散较小的区域,但在此区域,非声学波动亦衰减缓慢。非声学波动不可避免地被收集作为声辐射计算的输入,如果远场噪声计算时忽略体积分,远场预测结果将受到污染。为解决这一问题,多种策略已被提出。其一是假设近场流动对声音传播的影响不重要,在fw-h方法中使用固壁面作为积分面。其二是使用多个积分面记录数据,将多个积分面计算结果平均。其三是使用开放积分面,忽略开放部分对远场噪声的贡献(既包括声学波动也包括非声学波动),但关于使用开放积分面的有效性存在争议。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种通用的湍流噪声计算方法,解决可穿透声学积分面计算湍流噪声引起的伪噪声问题。
2、本发明所采用的技术方案如下:一种通用的湍流噪声计算方法,步骤如下:
3、步骤一:对带有源项的非齐次对流波动方程应用微分算子,对流动脉动量进行滤波,消除或大幅减弱非声学模态,
4、所述的带有源项的非齐次对流波动方程为:
5、
6、
7、其中,方程右端的源项为:
8、
9、
10、其中,ρ∞、u∞、p∞分别是远场自由流动的密度、速度、压强,忽略粘性的影响,那么τ=0,
11、所述的微分算子为其中,uc为平均流动速度;
12、步骤二:获得新的非齐次对流波动方程,所述新的非齐次对流波动方程为:
13、
14、其中,为远场声速,tv是体积源,包含声模态;方程右端的源项为
15、
16、
17、步骤三:通过格林函数法求得新的非齐次对流波动方程的远场观测点声压,观测点(x,t)处的计算公式如下:
18、
19、其中,是发射时刻积分面运动速度对应的马赫数,下标代表此处的变量值为声波发射时刻的值,τe=t-r/c∞;
20、对于远场,设|x|>>|y|,在频域p′a和具有如下关系:
21、
22、
23、
24、
25、其中,代表fourier变换,ω为频率;
26、得到的时域声压为:
27、
28、另一方面,本发明目的是通过一种计算机系统来实现,其包括处理器和与处理器可通信地连接的计算机可读存储介质,计算机可读存储介质中存储有计算机指令,当所述计算机指令被所述处理器执行时,实现本发明如上所述的方法的步骤。
29、另一方面,本发明目的是通过一种计算机可读存储介质来实现,其上存储有计算机指令,该计算机指令被处理器执行时实现本发明如上所述的方法的步骤。
30、与现有技术相比,本发明的有益效果是:
31、(1)可以消除或大幅减弱湍流穿过声学积分面时引起的伪噪声,提高远场噪声计算精度;
32、(2)等效声源的计算和存储成本与常规方法相当,甚至更小。
1.一种通用的湍流噪声计算方法,其特征在于,步骤如下:
2.一种计算机系统,其包括处理器和与处理器可通信地连接的计算机可读存储介质,计算机可读存储介质中存储有计算机指令,其特征在于,当所述计算机指令被所述处理器执行时,实现根据权利要求1中所述的方法的步骤。
3.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,其特征在于,该计算机指令被处理器执行时实现根据权利要求1中所述的方法的步骤。