Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声


流体流过圆柱体产生的噪声
案例描述:空气以69.2 m/s的速度吹向直径为1.9 cm的圆柱体,用Fluent仿真此时产生的噪声。基于圆柱体直径的Reynolds数大概是90000。其他尺寸参数见下图。
对于声学仿真,推荐使用LES湍流模型,因为LES模型求解所有涡旋尺度比网格尺度大的涡旋,能较好预测到噪声。
          Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图1
1、启动软件并导入网格
1.1 启动Fluent软件,选择2D 双精度版本,单核求解。
1.2 导入网格文件“cylinder2d.msh.gz”,网格下载在文章底部。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图2
为了改善求解速度,将网格重新读取编录,操作:Mesh -> Reorder  -> Domain
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图3
在文本窗口中显示Fluent采用了Reverse Cuthill-McKee方法进行。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图4
2、 求解器设置
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图5
3、 模型设置
3.1 湍流模型-大涡LES模型
在2D求解器中,LES模型是隐藏的,就是你打开湍流模型面板是找不到的。在文本窗口中输入下面命名“(rpsetvar 'les-2d?' #t)”,键盘回车键。命令输入要英文状态,括号也要输入,还有一点就是不能复制黏贴输入,只能手动敲键盘输入才有效,本人亲测过了,Fluent版本是15.0。再次打开湍流模型,就发现LES已经出现可选了。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图6
此时会弹出一个warning提示框,点击OK即可。
4、 边界条件
4.1 inlet边界,边界类型为velocity-inlet。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图7
4.2 outlet边界,边界类型为pressure-outlet。保留默认设置。
5、求解设置
5.1 离散方案设置。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图8
5.2 松弛因子设置,将pressure松弛因子调到0.7。
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5.3 残差设置。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图10
5.4 初始化
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5.5此时,保持case和data文件,命名为“cylinder2d t0.00”。
设置计算步数,先计算20步。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图12
5.6 迭代完20步后,设置面监控升阻力。先设置阻力监控
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图13
具体参数设置如下。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图14
设置升力监控。
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设置计算参考值。
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保持case和data文件,文件名“cylinder2d t0.00”,覆盖之前保持的。
5.7 输入迭代步数4000.点击calculate计算。计算完后流动的时间是t = 0.02s。
此时,升力系数如下。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图17
此时,阻力系数如下。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图18
保持case和data文件,命名为“cylinder2d t0.02”。
6、 设置声学模型
操作:Models ->  Acoustics  ->   Edit...
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Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图20
将压力松弛因子设置为1.
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图21
点击计算,将会继续迭代4000步,计算完后,保持case和data文件,命名为“cylinder2d t0.04”。
修改声学模型的参数,操作:Models ->  Acoustics  ->   Edit...Source Correlation Length设置为0.095m,此值等于圆柱体直径0.019m的5倍。如果是3D模型计算,此值不需要设置。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图22
设置声学信号。操作:Solution ->  Run Calculations ->  Acoustic Signals...设置两个信号接收器receivers。其中一个在Y方向的35D(D为圆柱体直径)就是-0.665m处,另外一个在128D就是-2.432m处。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图23
计算和读取声学信号进两个接收器中。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图24
7、声学后处理
7.1 显示声压随时间变化图。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图25
选择两个接收器。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图26
点击plot按钮,显示声压随时间变化曲线。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图27
可以看到,红色线(接收器2)的时间相对黑色线(接收器1)平移到大约5e-3s,而且也弱很多。这是因为接收器2比接收器1离圆柱体更加远。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图28
7.2 傅里叶转换。
操作:Results –>  Plots –>  FFT。参数设置如下
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图29
接收器1的声压谱显示如下。
Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图30

         

         

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文章来源:CFD小镇

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