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CFX.在Aero-acoustics中发出大爆炸
发布于2003年1月08日星期三@ 11:13AM
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News 由Christiane Montavon,CFX

航空声学的物理学使建模是一个具有挑战性的任务;压力波动产生噪声,该噪声远离其源的大距离。为了模拟这些现象,需要模拟声源附近的详细波动流,以及远场传播效果。

初级目标 欧盟Alessia项目 一直是开发用于模拟波动流的软件工具,特别关注流量引起的声学。该项目的合作伙伴是 CFX., 慕尼黑技术大学, , 阿尔法拉瓦尔, LMS. 菲亚特公司研究.


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声压波动(被认为是噪声)往往比动态波动小的数量级,并且在远离其源的大距离上传播。已经提出了各种竞猜足球来模拟这些现象。直接竞猜足球解决了可压缩的Navier-Stokes方程,同时解决了流动和声学贡献。但是,对于实际应用,这种竞猜足球非常昂贵。混合竞猜足球将流动和声学部分脱钩,首先求解空气动力学部分以确定声学来源,并求解声学系统以获得相关的远场辐射。这些竞猜足球的实例是:声学类比(例如Lighthill,FFOWCS-Williams Hawkings),线性的欧拉竞猜足球,Kirchhoff竞猜足球等。在Alessia项目中,我们已经实施了FFOWS-Williams Hapkings类比。

大涡模拟

该工具基于大型涡流仿真(LES)的技术,其解决了大规模波动流量和大型漩涡,并使用“子网格”模型来解释湍流对小于电网的尺度的影响尺寸。 LES的高计算成本意味着它预先限制在简单几何形状中的简单流动。然而,在Alessia中,我们能够放宽这些限制,并为行业相关的应用制作LES,基本上利用CFX-5的求解速度的非常有效的平行实现和改进。

我们实施了Smagorinsky对子网格级湍流模型的配方,其基于比喻与Prandtl的混合长度模型进行了类比。对于墙壁处理,我们实施了VAR最大和Piomelli的粘度的经验阻尼功能,其中壁距离是从微分方程的溶液获得的,使得适用于非结构化网格的竞猜足球。在LES中,流入/流出边界条件还必须代表流动的波动性质。因此,我们包括完全开发入口流的选项,从规定的平均速度或质量磁通和湍流长度尺度产生波动的曲线。我们还包括叠加在初始猜测之上的随机波动流量的选项,以加速湍流开始,并更快地获得统计融合结果。

差异计划

测试表明,正如预期的那样,一流的向后时间差异远远过于扩散这些混沌流量,并且需要二阶向后差异。我们还发现,应使用纯中心空间差异,因为其他二阶竞猜足球可以太扩散,导致湍流衰减甚至流动的层状。

数据分析工具

LES提供了巨大的信息,其处理通常可以在计算资源(带宽和磁盘存储)和人时来占据成本。因此,我们开发了分析结果的工具,以可以由用户容易地解释的形式提供信息。我们开发了定量和定性工具,以提供对流动的全面理解,包括例如平均场,湍流动能和雷诺应力的计算。宏可用于促进CFX帖子中的LES和声学。

预测噪声

保留用于计算噪声传播的竞猜足球是FFOWS-WILIAMS HAPKINGS(FWH)类比(混合竞猜足球)。在这种竞猜足球中,获得具有三种类型的声源的密度波动的波方程。首先,如果在不稳定的速率下添加质量,将产生声音(示例是提示,发动机排气,爆炸)。这称为单极源,因为它在所有方向上同样均匀地辐射。其次,当时变力在流体上行动时,将产生声音(实例是钟声,旋转/振动机械)。这些来源称为偶极子,并且倾向于在力方向上以八个图案辐射。最后,作用在流体上的时间依赖性应力也可以产生声音(自由湍流射流,剪切层和边界层是示例)。这些来源称为四轮节,因为它们倾向于在三叶草模式中辐射。

在这种竞猜足球中,CFX-5提供来自传统的雷诺平均湍流模型和LES的波动源,已经与Sysnoise接口,其使用绿色功能竞猜足球解决波动方程。在Sysnoise中实施了新功能,允许包含在群体,偶像和四轮摩托的音量来源的声学分析中。

验证结果

该项目的一个亮点之一是伙伴进行的竞猜足球的广泛验证。申请案例已被故意选择推动该技术,以便识别其限制并指出其最有用的区域。所研究的案件包括:流过一个圆筒,在一个盒子里喷射,狭窄的气缸,带有端板,风扇噪音,闪光灯,工业旋风,旋转圆筒和喷射流过空气膜。

CFX-5 LES有助于纠正壳体的两个应用的K-Epsilon计算,即轴向旋风器和涉及两相混合的混合室。对于混合室,结果表明,传统的两级湍流模型在预测混合时倾向于过于乐观。 Alfa Laval的应用包括从旋转圆柱背后的涡旋流动和旋转管道中的流体流动的声音传播。菲亚特看着轴向扇的近场噪音。在这种情况下,被证明的时间依赖的RAN模拟能够预测近场音调噪声的强度。 LES也可以应用于这些情况,并且它应该改善宽带噪声的预测。

由于Alessia项目,CFD /计算声学耦合竞猜足球已被证明并在许多情况下证明。由于他们通过工作获得的信心,并且由于业务需求重大,合作伙伴正在继续使用这些技巧特定于应用程序的案例。

速度向量
射流尾部在射门中的噪声预测:速度向量。

噪声领域
从280Hz辐射辐射噪声场(SPL的幅度)。

 

压力场
结果,使用瞬态RAN模型,与转子定子交互中的噪声产生的物理机制进行定性,并且模拟正确地计算了刀片通过频率。风扇在管道中的简单定子 - 压力场在刀片上。
由菲亚特研究中心提供。

 

瞬时速度
旋风底部的瞬时速度场,具有低压的异形表面,识别旋风芯中的强涡流。

 

实验气缸唤醒
气缸之后的湍流结构。实验可视化。
图片礼貌的菲亚特研究中心。

计算圆柱唤醒
用CFX-5的LES计算的圆筒瓶中的湍流结构。两个端板之间的圆柱体的轴向速度等值。
图片礼貌的菲亚特研究中心。

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