Fluent算例精选｜13利用FWH声学模块进行螺旋桨气动噪声计算

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本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了三种不同的分析方法，用于计算旋转机械的噪音。第一种方法是直接计算方法，通过高分辨率的流体动力学方程来直接模拟噪声，可以精确的计算声波和流动的耦合。第二种方法是声学类比积分法，使用FWH方程和它的积分解，可以模拟像单极子、偶极子、四极子这样的等价声源产生的噪声，适于模拟中场和远场噪声。第三种方法是宽频噪声源模型，通过统计雷诺平均的NS方程获得湍流量，然后结合把那经验的修正及Lighthill声学积分理论，可以模拟宽频噪声。本文还介绍了如何使用ANSYS Fluent中的噪声分析模块，根据可接受的时间成本和精度，选择合适的计算方法进行仿真。

通过学习本算例您将获得？

1、学会利用fluent声学模块FWH计算旋转机械噪音的方法

1 计算模型描述

案例模型如图所示

螺旋桨噪声分类：

1、螺旋桨产生的湍流、以及桨叶、轴系等机械振动所产生的噪声。

2、船舶航行时由螺旋桨所产生的噪声。

3、螺旋桨运转时，由于机械作用或空泡溃灭所产生的宽频带噪声。

4、当螺旋桨作旋转运动时，在桨叶表面附近形成涡流所产生的噪声。

5、在螺旋桨及其附近由于空泡坍毁所产生的不规则尖锐爆裂和打击声。亦可由于机械作用产生噪音。也称螺旋桨噪音。

6、在螺旋桨工作时，因空泡或机械作用等（尤以空泡坍毁）所产生的无规律尖锐爆裂和打击声。

ANSYS Fluent中的噪声分析模块，取决于可接受的时间成本和精度，可使用下列计算方法进行仿真：

Direct method（直接计算方法）
Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) solution by acoustic analogy model（声学类比模型）
Solution by broadband noise source models（宽频噪声源模型）

下面将详细介绍三种不同分析方法的特征及选用准则。

（1）直接方法：通过高分辨率的流体动力学方程来直接模拟噪声，可以精确的计算声波和流动的耦合。但是由于通常声场的能量远小于流场能量，需要极高的网格分辨率，所以计算成本非常高。

（2）声学类比积分法:fluent 使用的是基于FWH方程和它的积分解;FWH方程式对lighthill声学模型的改进，能够模拟像单极子，偶极子，四极子这样的等价声源产生的噪声，适于模拟中场和远场噪声。这种模型需要求解瞬态流场，然后根据获得的时变压力求解噪声处理。

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：

(a) 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。
(b) 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。
(C) 声类比积分模块只适用于模拟自由场，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。由于fluent局限性，如果想考虑声波的反射，吸收等现象，提高计算的准确性，推荐使用virtual lab、actran等专业声学软件。