[发明专利]一种非紧致可渗透边界气动噪声数值积分计算方法

说明书

本发明公开了一种非紧致可渗透边界气动噪声数值积分计算方法，属于流体力学和声学技术领域，采用流动计算软件将流场计算区域离散为K个网格单元，获得声源信息；在物体附近区域选择边界Ssubgt;P/subgt;，并将Ssubgt;P/subgt;离散为L个网格单元，一般选择为与流动离散网格相同的边界；计算Ssubgt;P/subgt;上等效的散射声源psubgt;a/subgt;(z，ω)，计算远场监测点x的声压psubgt;a/subgt;(x，ω)。本发明采用物体表面为积分边界，结合边界元方法实施积分计算的过程中存在计算效率低、计算复杂度高、数值奇异性等问题，本发明采用包围物体的可渗透边界为积分边界，可以有效提高数值计算效率、降低计算复杂度并克服数值奇异性问题。

技术领域

本发明属于流体力学和声学技术领域，涉及一种非紧致可渗透边界气动噪声数值积分计算方法。

背景技术

近年来，航空飞行器、民航飞机、高速列车、叶轮机械噪声问题大量出现，因而对气动噪声数值研究的需求不断增大。复杂结构表面往往存在尖角或者内凹外凸等构型，如三段翼模型、风机叶片模型，不易开展气动噪声数值研究工作。实际应用中，往往采用流动高精度计算，所带来的计算量增加了计算负担。然而，低精度流动计算又无法获得准确的声源信息。尤其边界形状较为复杂时，传统计算手段存在数值奇异性问题，无疑增大了数值计算的难度。

如边界的几何尺寸远小于声波波长，可将边界看作是紧致的，声波传播到边界时将继续向前辐射，可看作自由空间内的声传播；反之，如边界的几何尺寸大于或接近于声波波长，则边界可看作是非紧致的，声波向空间传播时，会产生向外辐射的声波，同时在边界上发生散射，产生二次辐射声波。非紧致结构的声传播与自由空间空间的声传播存在着明显的差异。

边界积分方程方法结合边界元的思想，有效提高了气动噪声问题的计算效率。近年来，大量学者采用该类方法对非紧致结构开展了诸多研究工作，基本分为两种，一种是寻求满足给定边界条件的精确格林函数解，该方法通过构造格林函数的方法获得格林函数并结合低精度流动计算进行声学计算；第二种是结合压强变量分解表达式，提出远场声压计算的声学积分方程，通过捕获物面边界上的散射声源进而完成远场噪声计算。

当前相关研究工作，对于简单边界较为适用，复杂边界情形下存在计算效率低、计算复杂度高的问题。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术计算方法中，采用物体表面为积分边界，结合边界元方法实施积分计算的过程中存在计算效率低、计算复杂度高、数值奇异性的缺点与不足，开展复杂结构气动噪声数值计算的研究工作，提供一种非紧致可渗透边界气动噪声数值积分计算方法，该方法采用包围物体的可渗透边界为积分边界，可以有效提高数值计算效率、降低计算复杂度并克服数值奇异性问题。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种非紧致可渗透边界气动噪声数值积分计算方法，

包括以下步骤：

步骤1：采用流动计算软件(如Fluent)将流场计算区域离散为K个网格单元，获得声源信息，包含密度ρ、压强p_h、速度u_i(i＝1,2,3)，对于低马赫数流动，ρ_h≈ρ；

步骤2：在物体附近区域选择边界S_P，并将S_P离散为L个网格单元，一般选择为与流动离散网格相同的边界；

步骤3：采用公式

计算S_P上等效的散射声源p_a(z,ω)，可重新整理为线性方程组：

其中l＝1，2，....L，E是单位矩阵，H为对角线为零的对称矩阵