计算气动声学（CAA）方法简介

本文摘要（由AI生成）：

计算气动声学(CAA)是对噪声的完整计算机模拟，包括通过CFD方法寻找流动声源，然后通过CAA方法计算噪声传播。CFD方法可以定位噪声源，甚至准确求出噪声源附近的噪声大小，但必须使用精准的湍流模型和高阶差分格式。气动噪声的模拟可以分为三个层次：仅用CFD软件进行气动噪声模拟，流场与声场耦合模拟，流体-结构-噪声耦合模拟。

计算气动声学（computational aeroacoustics,CAA)，是对噪声的完整计算机模拟，它包括两方面的内容，即先通过计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD)方法来寻找流动声源，然后通过CAA方法来计算噪声的传播。前者属于CFD流场模拟，后者则是声学模拟。

利用CFD方法可以定位噪声源，甚至可以准确求出噪声源附近的噪声大小。因为声压比流体流动压强要小几个数量级，为了精确模拟，必须使用精准的湍流模型，同时使用高阶差分格式（三阶、四阶甚至更高阶）,该过程在现有的声学软件（如STAR-CD、FLUENT等）中可以非常容易而且准确的获得。

目前，气动噪声的模拟可以分为三个层次。

(1)仅用CFD软件进行气动噪声模拟

①利用定常模拟来确定噪声源
采用CFD方法模拟噪声源的位置和大小。例如，可采用计算量较小的RANS湍流模型的定常模拟来确定四极子噪声源的位置和大小，这种方法快速、简单，耗费资源少，易于实现，可较好地运用到对比设计中。此方法的缺点是不能定量的给出噪声声压的大小。

②利用非定常CFD模拟定量预测声压级
利用高级的湍流模型的非定常模拟，如大涡模型（LES)或退化的大涡模型（DES),可以精确地得出声源附近的压力脉动情况，再通过快速傅里叶（FFT)变换得到声压频域的结果。利用该方法，可定量得出噪声源附近监测点的噪声频率及其声压级。如果想求出远离噪声源的声压，需要将以上CFD结果输出到声学软件（比如Sysnoise、Actran等）来求远场的噪声声压。

(2)流场与声场耦合模拟
该方法是计算流体力学（CFD)和计算声学（CA)的耦合模拟，不仅可以计算出噪声源周围的频率和声压，还可以计算声音在空间的传播。该方法先进行CFD瞬态模拟，然后将流场结果输出到声学软件中计算声音的传播。

(3)流体-结构-噪声耦合模拟
如果噪声在传播过程中，涉及噪声从流体到固体，然后再到另外一种流体中的情况，例如一个通过房间内的通风管路，管路内的空气扰动导致了管路结构的振动，管路振动又产生了振动噪声，然后再通过空气传递给外界。对于这种现象的模拟可通过CFD软件(如FLUENT/STAR-CCM+)先对管路内流动进行非定常模拟，得出壁面的压强波动数据，并将其输出给结构计算软件进行振动计算，最后将此计算结果输给声学软件进行噪声的传播计算。