一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法与流程

本发明涉及噪声辐射强度计算领域，具体地，涉及一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法。

背景技术：

1、风洞是一个复杂的系统，具有收缩段、扩散段、拐角段、稳定段以及动力段等这些为了产生稳定均匀气流而专门设置的必要部段，这些部段都会影响回路噪声场的分布。风洞内部的模型固定装置、测量装置及外露管线、壁面的孔洞槽等，在试验过程中都会影响风洞的背景噪声。

2、上述各噪声组分又相互影响，所以风洞内部噪声的溯源问题变得非常负杂。现在较常用的一种方法是排除测量法，即通过改变构件的形式、样式，分别开展声学测试，通过比对测量结果确定噪声源。对于风洞这一复杂的系统，由于缺少目标声学优化的准确方向，采用这种方法的效率较为低下。

技术实现思路

1、本发明目的为准确且高效的计算获得风洞内部结构件噪声辐射强度。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，所述方法包括：

3、步骤1：建立湍流运动混合模拟模型，利用湍流运动混合模拟模型进行流场仿真模拟获得风洞回路流场仿真结果；

4、步骤2：基于风洞回路流场仿真结果，利用格林函数积分对闵可夫斯基时空中的能量与动量关系方程进行求解获得每一声源时刻流场的气动数据；

5、步骤3：基于给定的接收点时刻 t，计算获得接收点时刻 t对应的声源时刻τ；

6、步骤4：基于声源时刻τ和坐标信息，从每一声源时刻流场的气动数据中查询获得对应的噪声数据。

7、其中，本方法避免了采用传统的排除测量法，采用直接对风洞内部结构件进行模拟，可以准确的对目标进行模拟，不需要改变构件的形式和样式然后分别开展声学测试，实现了效率的提高。

8、其中，本方法建立了湍流运动混合模拟模型，采用湍流运动混合模拟模型进行流场计算。在近壁面采用rans方法来模拟小尺度的湍流运动，减少边界层内计算所需的网格数量，提高方法效率。针对rans方法对旋涡分离区域湍流运动模拟精度不足的缺陷，湍流运动混合模拟模型能够在远离物面的流动分离区域切换到les方法，在求解大尺度湍流结构，捕捉流场分离涡方面具有很好的性能，保障方法的精度。在取得流场结果的基础上，采用声比拟理论中的fw-h方程进行求解气动噪声。因此，本方法能够准确且高效的计算获得风洞内部结构件噪声辐射强度。

9、优选的，所述湍流运动混合模拟模型的建立方式为：

10、基于rans长度尺度和les长度尺度混合构成混合湍流长度尺度；

11、基于混合湍流长度尺度建立湍流运动混合模拟模型。

12、优选的，混合湍流长度尺度为：

13、；

14、其中，为混合湍流长度尺度，， δ为第一中间量， f hyb为混合函数， f restore为恢复函数， l rans为rans长度尺度， h wn为计算网格单元在物面法向方向上的当地网格尺度， c w为常数， h max为计算网格单元三个方向上的最大尺度， d w为计算网格单元距物面的距离。

15、优选的，混合函数的计算方式为：

16、；

17、其中， f d为第二中间量， f step为第三中间量， tanh为双曲正切函数， r d为第四中间量， k为波数， i为和 j为离散点的记号， u i为空间点的速度， x j为空间方位， v t为时间域速度， a为第五中间量。

18、优选的，恢复函数的计算方式为：

19、；

20、其中， f hill为第六中间量， f amp为第七中间量， f t为第八中间量， f l为第九中间量， r dl为第十中间量， c t为常数， c l为常数， v l为空间域速度。

21、优选的，利用格林函数积分对闵可夫斯基时空中的能量与动量关系方程进行求解，具体为：

22、；

23、其中，为声压辐射强度， t为接收点时刻，为接收点在 t时刻位置矢量，为时刻 t和位置矢量对应的单极子声源项，为时刻 t和位置矢量对应的偶极子声源项，为时刻 t和位置矢量对应的四极子声源项。

24、优选的，的计算方式为：

25、；

26、其中，；

27、其中， f为计算频率， r为计算半径， ρ 0为空气密度， u i为质点振速，为矢量方向， u n为特定方向上的质点振速，为 u n对声源时刻τ求导数，为 u i对声源时刻τ求导数， m为介质的质量矩阵， m r为半径r球面上介质质量矩阵，为 m r对声源时刻τ求导数，为离散点 i对应的计算半径的矢量，为 m i对声源时刻τ求导数， m i为不同频率下的刚度矩阵， s为积分域， c为声速。

28、优选的，的计算方式为：

29、；

30、其中，；

31、其中， f为计算频率， c为声速， r为计算半径， m r为半径r球面上介质质量矩阵，为 l r对声源时刻τ求导数， l i为不同频率的刚度矩阵， l r为不同计算半径上的刚度矩阵， s为计算域， l m为第十一中间量，为 m r对声源时刻τ求导数， m为介质的质量矩阵，为离散点 i对应的计算半径的矢量，为 l i对声源时刻τ求导数， m i为不同频率下的风度矩阵。

32、优选的，的计算方式为：

33、；

34、；

35、；

36、；

37、其中，；

38、其中， f为计算频率， c为声速， r为计算半径， k1为第十二中间量， k2为第十三中间量， k3为第十四中间量， v为速度域，为 t rr对声源时刻τ求二阶导数， m r为半径r球面上介质质量矩阵，为 m i对声源时刻τ求二阶导数， t rr为第十五中间量，为 m r对声源时刻τ求导数，为 t rr对声源时刻τ求导数，为 t ii对声源时刻τ求导数， t ii为在空间对角线上的总温向量，为 t mr对声源时刻τ求导数， t mr为第十六中间量，为 m i对声源时刻τ求导数， m i为不同频率下的风度矩阵， m为介质的质量矩阵， t mm为第十七中间量， i为和 j为离散点的记号， t ij为总温空间分布矩阵， m j为空间某一截面上的介质质量矩阵，为离散点 j对应的计算半径的矢量，为 t ij对声源时刻τ求导数，为离散点 i对应的计算半径的矢量。

39、优选的，声源时刻τ的计算方式为：

40、；

41、其中， x i( t)和 y i( t)为计算点坐标，c为声速。

42、本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

43、本方法能够准确且高效的计算获得风洞内部结构件噪声辐射强度。

技术特征：

1.一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，其特征在于，所述湍流运动混合模拟模型的建立方式为：

3.根据权利要求2所述的一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，其特征在于，混合湍流长度尺度为：

4.根据权利要求3所述的一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，其特征在于，混合函数的计算方式为：

5.根据权利要求4所述的一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，其特征在于，恢复函数的计算方式为：

6.根据权利要求1所述的一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，其特征在于，利用格林函数积分对闵可夫斯基时空中的能量与动量关系方程进行求解，具体为：

7.根据权利要求6所述的一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，其特征在于，的计算方式为：

8.根据权利要求6所述的一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，其特征在于，的计算方式为：

9.根据权利要求6所述的一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，其特征在于，的计算方式为：

10.根据权利要求1所述的一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，其特征在于，声源时刻τ的计算方式为：

技术总结
本发明公开了一种风洞内部结构件噪声辐射强度计算方法，涉及噪声辐射强度计算领域，所述方法包括：步骤1：建立湍流运动混合模拟模型，利用湍流运动混合模拟模型进行流场仿真模拟获得风洞回路流场仿真结果；步骤2：基于风洞回路流场仿真结果，利用格林函数积分对闵可夫斯基时空中的能量与动量关系方程进行求解获得每一声源时刻流场的气动数据；步骤3：基于给定的接收点时刻t，计算获得接收点时刻t对应的声源时刻τ；步骤4：基于声源时刻τ和坐标信息，从每一声源时刻流场的气动数据中查询获得对应的噪声数据；本方法能够准确且高效的计算获得风洞内部结构件噪声辐射强度。

技术研发人员：吕金磊,黄知龙,温乾,裴海涛,龙炳祥,孙运强
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23