Fluent软件中气动噪声模块的评价及局限性说明

编者按 

本文分别对直接计算声学模块、声类比积分（基于FW-H方程）模块和宽频噪声模块三个模块进行了评价，并给出了三个方面的局限性。本文发布已经三年有余，如果期间Fluent软件对此有所改进，欢迎大家撰文重新评述。

Fluent软件中的气动噪声模块由直接计算声学模块、声类比积分（基于FW-H方程）模块和宽频噪声模块3部分组成。（在fluent帮助中的表述：ANSYS FLUENT offers three approaches to computing aerodynamically generated noise：a direct method, an integral method based on acoustic analogy and a method that utilizes broadband noise source models. ）

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其中直接计算声学模块（a direct method）就是通过高分辨率的流体动力学方程来直接模拟噪声，精确地计算声波和流动的相互作用。但由于声场能量通常远小于流场能量，，例如声压波动 往往很小，140dB声压级时的声压为200Pa（喷气式飞机附近），120dB声压级时的声压为20Pa（1000KW柴油机排气口1m处），100dB声压级时的声压为2Pa（织布车间），80dB声压级时的声压为0.2Pa（公共汽车内），60dB声压级时的声压为0.02Pa（普通谈话），要捕捉到声波需要很高的网格分辨率，就工程上的应用而言，直接计算声学模块很难适用。

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宽频噪声模块（a method that utilizes broadband noise source models）是利用定常求解的流场数据（如基于RANS方程得到的平均速度、湍流动能和湍流耗散率等），通过一些半经验公式计算出所需的声学量。但目前为止，这种半经验公式仍处于研究阶段，已有的这些半经验公式无法令所有人信服，给出令所有人满意的计算结果。

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声类比积分模块（an integral method based on acoustic analogy）是基于FW-H的声类比方程及其积分解。在启动声类比积分模块前需要首先计算出一个时变的流场，启动模块后fluent软件的噪声模块自动捕获所需要的流场中的变量随时间的变化规律，分析处理后给出所需的声学指标。声类比积分模块目前应用较为广泛，并成功的应用于计算导弹、飞行器、汽车的气动噪声。但要注意声类比积分模块的应用也有其局限性。

这也是大家最常用的fluent气动噪声模块，但必须注意它有三大局限性：

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由于体积分被省略，因此fluent的声类比积分模块无法应用于模拟在均匀静止流体介质包围的小尺度范内湍流产生的气动噪声问题。也就是任何流场中没有固体障碍物，只是由湍流引起的气动噪声问题，fluent无法计算。

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由于在近场处，流体的各种参数都剧烈变化，无法满足推导FW-H方程的各种假设条件，声类比积分模块无法准确模拟近场的气动噪声

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声类比积分模块只适用模拟自由场，无法模拟管道噪声之类的内部噪声或是半自由场。原因是在这两种情况下，适用于FW-H方程的Green函数不成立，这时会有声波的折射反射等多种新因素的影响，单纯的FW-H方程无法考虑这些因素的影响。