双圆柱绕流噪声研究

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1 背景描述

双圆柱是对飞机起落架或机翼、汽车后视镜或立柱、机车受电弓等部件简化的一种气动噪声研究模型。通常用来对气动声学计算程序进行校验。

2 技术难点

双圆柱绕流噪声计算的技术难点主要包括两方面：

 （1）噪声源的精确预测

气动噪声源从非定常CFD流场结果采用声类比方法计算得到。声源预测的精度一方面高度依赖于流场结果的精度。但另一方面，流场网格和声场网格的密度要求不一致，在通常情况下，流场网格比声场网格要密得多。流场网格上的变量向声场网格插值的过程中要求尽可能减少信息的丢失。Actran软件采用积分方法，保证流场网格上信息完全插值到声场网格上。

（2）噪声传播的准确预测

传统FW-H方法不能考虑传播路径中障碍物对噪声传播的影响，从而导致的气动噪声预测结果偏大。Actran软件引入声学有限元声传播计算方法，可充分考虑双圆柱之间外形互相干涉对其噪声传播的影响。

3 案例介绍

双圆柱绕流的流场和声学试验在NASA的Langley试验中心的QFF开式风洞进行。马赫数为0.128，Re=1.66×105。试验中双圆柱的长度Lz=16D。整个坐标体系以上游圆柱中心为坐标原点，A(-8.33D,27.815D)、B（9.11D,32.49D）、C（26.55D,27.815D）处为麦克风测量位置。

非定常CFD计算采用LES湍流模型。非定常计算的时间步∆t=2×〖10〗^(-5) s。声学计算中，计算域主要分为声源域和传播域。声场网格外表面设置为无限元，风洞入口处设为模态管道边界，这两个边界均起到模拟无反射边界的作用。其余壁面设为全反射刚性壁面。

对比圆柱表面压力PSD(功率谱密度)和空间上流线速度，计算值与试验比较一致。声学计算结果与试验值相比，峰值频率相差8Hz,声压级幅值相差3dB以内。

4 结论

在非定常CFD计算结果的基础上采用Actran的声类比方法来计算双圆柱绕流的噪声源，进而采用其有限元声传播计算程序计算外部声场，通过与试验中测得麦克风的声压级进行对比误差小、精度高，Actran可用于预测模拟飞机起落架或机翼、汽车后视镜或立柱、机车受电弓等复杂部件的绕流气动噪声问题，并为低噪声设计提供优化指导意见。