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基于格子Boltzmann方法的气动声学计算司海青;石岩;王兵;吴晓军【摘要】研究了应用于气动声学计算中的格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann method,LBM),采用非平衡外推格式处理壁面边界条件,远场无反射边界条件采用吸收层边界条件.首先,将LBM应用于顶盖驱动的空腔流动模拟进行程序验证;然后,数值研究气动声学中的几个典型问题,特别讨论了黏性对LBM数值解的影响,并与传统的四阶精度低色散保持格式(Dispersion-relation-preserving,DRP)比较,检验了该方法模拟气动声学基本问题的能力,为进一步运用该方法模拟复杂物体产生噪声奠定基础.研究表明,尽管标准LBM方法在时间、空间上仅有二阶精度,但是,LBM方法计算得到的结果能和分析解保持一致,它是有效且可行的气动声学计算方法.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2013(045)005【总页数】5页(P616-620)【关键词】格子Boltzmann方法;壁面边界条件;吸收层边界条件;计算气动声学;计算流体力学【作者】司海青;石岩;王兵;吴晓军【作者单位】南京航空航天大学民航/飞行学院,南京,210016;南京航空航天大学民航/飞行学院,南京,210016;南京航空航天大学民航/飞行学院,南京,210016;中国空气动力研究与发展中心,绵阳,621000【正文语种】中文【中图分类】V211.3格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann method，LBM）的产生与发展，不仅在计算流体力学领域中产生了深远的影响，它所使用的处理方法和观点对其他学科也是富有启发性的。
尽管LBM方法［1］在计算流体力学领域中已得到较多应用，但它在计算气动声学领域中的研究［2－5］与应用相对较晚。
近几年，在计算动力学（Computational aeroacoustics，CAA）研究领域，LBM正逐渐受到国外研究者们的足够重视，Buick等［5］运用LBM解决无黏性的声传播问题，然后，Dellar等［6］运用该方法求解含有黏性的声传播问题。
计算气动声学CAA若干学习经验在论坛上看到越来越多的人也在做气动声学相关的东西，颇有得遇同道中人的喜悦。
本人在硕士阶段就开始接触一些气动声学相关的东西，工作后主要的研究内容就更专一了：航空声学。
工作一年后，通过各种乱七八糟的学习过程，对计算气动声学有了更多的理解。
受版主水若无痕的影响（他是我的同学），因此打算在此写个与计算气动声学（CAA）相关的东西，和大家交流交流。
对气动声学的关注始于上世纪的50年代，原因就是当时涡喷式航空发动机的喷流噪声实在是太吓人了。
于是，牛逼的莱特希尔（Lighthill）坐在火车上，在一个信封上一顿写，就把N-S方程给改写成了波动方程的形式。
方程的左边是一个经典声学的波动方程，而右边则是一个主要与湍流相关的源项，被后人称为莱特希尔应力张量。
这就是所谓的莱特希尔方程了，气动声学的开山之作。
莱尔希尔方程的声源为四极子声源，也就是湍流噪声源，主要适用于高速、湍流为主要噪声源的情况，如高速喷流。
方程的声源项未知，需要采用CFD或者试验来获取。
再后来，柯尔（Curler）同志对莱特希尔方程进一步发展，得出了考虑了固壁影响的柯尔方程。
柯尔方程主要适用于低速情况下的固壁绕流噪声计算，如低速的圆柱绕流、机翼绕流等。
此时，气动噪声源主要为偶极子声源，声源的强度为声源表面对流体的作用力。
这种作用力不单是压力，还包括表面动量流量。
当然，对于固壁来说，法向速度为零，也就没有动量流量了，因此采用固壁表面作为声源面时，只需要壁面的压力脉动即可。
而在采用通流面作为积分面时，则需要考虑动量流量了，这在后面会有介绍。
福茨威廉斯与霍金斯（Ffcows Williams & Hawkings）两位在莱特希尔方程的基础上，发展出FW-H方程。
FW-H方程的发展主要是针对运动壁面的发声情况。
这里说的运动壁面指的是在来流中的运动，也就是说壁面具有加速度，如螺旋桨。
FW-H方程包含了所有的噪声源，单极子、偶极子和四极子。
分离涡模拟和非线性声学方法求解腔体气动噪声对比分析张群峰;闫盼盼;黎军【摘要】超声速条件下内埋式弹舱通常存在明显的自持振荡现象并产生强烈的气动噪声.分别利用分离涡模拟(DES)方法和求解非线性脉动方程组的非线性声学方法,对来流马赫数为2.0条件下,长度与深度比为5.88的开式空腔进行了数值模拟.计算结果表明,非线性声学方法得到的各模态声压级量级与实验结果符合较好,而DES方法得到的结果偏小,幅值在5 dB左右;DES方法求得的各模态频率与实验吻合较好,而非线性声学方法求得的频率有一定偏差.产生这些差别的原因是DES方法能较为准确地捕捉噪声源,而非线性声学方法由于耗散小而能较好地模拟噪声传播过程.从两种方法所需的计算资源对比表明:DES方法要求较密的网格和较小的时间步,需要耗费较多的计算资源;非线性声学方法采用人工合成湍流的方法来模拟小尺度脉动,可以选择较粗的网格和较大的时间步从而节约计算资源.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2016(037)006【总页数】8页(P1096-1103)【关键词】兵器科学与技术;开式腔体;气动噪声;声压级;分离涡模拟;非线性脉动方程组【作者】张群峰;闫盼盼;黎军【作者单位】北京交通大学土木工程学院,北京100044;北京交通大学土木工程学院,北京100044;中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所,辽宁沈阳110035【正文语种】中文【中图分类】V211.3新一代战斗机要求具备超声速巡航和隐身能力，为了达到这些性能的要求，战斗机的武器携带方式应由传统的外挂式变为内埋式。
在超声速飞行条件下，开启的弹舱会产生大幅度的压力脉动，造成剧烈震荡并产生刺耳的噪声，对控制武器的电子系统及相关结构造成疲劳破坏，因此对其进行深入研究显得尤为重要。
为了研究内埋式弹舱的复杂流场，通常把弹舱抽象为空腔来研究流场的稳态和动态特性，至今就此已进行了大量的实验及数值研究。
Stallings等［1-2］的研究表明，超声速条件下，根据弹舱底部静态压力分布可以把弹舱流场划分成4种不同的流动类型。
计算气动声学气动声学是研究空气流动产生的声音以及其传播、辐射和控制的学科。
它在飞行器、汽车、建筑物、风电等领域具有广泛的应用。
本文将从气动声学的基本原理、计算方法和应用领域等方面进行探讨。
一、气动声学的基本原理气动声学的基本原理是通过数学模型和物理理论来描述和分析空气流动产生的声音。
声音的产生主要与空气流动的速度、压力和密度等因素有关。
当空气流经物体或障碍物时，会引起空气的振动，进而产生声波。
声波的传播和辐射特性与流动的速度、频率、声源的形状和材料的性质等因素密切相关。
二、气动声学的计算方法为了准确计算气动声学问题，研究人员采用了多种计算方法。
其中，有限元方法、边界元方法和声学有限差分法等是常用的数值计算方法。
这些方法可以通过离散化物体、流场和声场等参数，利用计算机进行模拟计算，从而得到声场的分布、声压级等信息。
三、气动声学的应用领域气动声学在飞行器设计中起着重要的作用。
通过分析飞机在高速飞行过程中产生的气动噪声，可以改进飞机的结构设计，降低噪声水平。
此外，气动声学还广泛应用于汽车噪声控制、建筑物隔音设计、风电噪声减排等领域。
通过合理的声学设计和控制手段，可以提高人们的生活质量和工作环境。
四、气动声学的挑战与发展尽管气动声学已经取得了许多重要的成果，但仍存在一些挑战和问题。
例如，高速飞行器和高速列车等复杂工程系统的气动噪声问题仍然难以解决。
此外，气动声学在计算方法和理论模型上还需要进一步的研究和改进。
未来，研究人员需要加强合作，不断推动气动声学领域的发展。
总结：气动声学作为研究空气流动产生的声音的学科，对于改善人们的生活和工作环境具有重要的意义。
通过深入研究气动声学的基本原理、计算方法和应用领域，可以为飞行器、汽车、建筑物等领域的噪声控制提供有效的解决方案。
尽管气动声学面临一些挑战和问题，但相信通过不断的努力和研究，气动声学将会取得更大的发展和进步。
计算气动声学中的伽辽金玻尔兹曼方法研究邵卫东;李军【摘要】为获得气动声学的高精度和低耗散特性的数值方法,发展了伽辽金玻尔兹曼方法和相应的无反射边界条件.首先,引入新粒子分布函数到格子玻尔兹曼BGK方程中并重构欧拉方程;然后,在空间上采用高精度的交点间断伽辽金有限元方法,在时间上采用显式五级四阶龙格库塔离散方法对解耦得到的对流步方程进行离散求解;最后,通过数值通量构造速度边界、声学硬壁面边界和无反射边界条件.采用包含声反射和多普勒效应的数值算例进行验证,可得模拟值与解析解吻合一致,从而证明了伽辽金玻尔兹曼方法和无反射边界条件用于气动声学计算的有效性和准确性.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2016(050)003【总页数】7页(P134-140)【关键词】计算气动声学;伽辽金玻尔兹曼方法;无反射边界条件【作者】邵卫东;李军【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;先进航空发动机协同创新中心,100191,北京【正文语种】中文【中图分类】V21113气动声学问题一般有两类数值解法:基于Lighthill声类比理论[1]及拓展的声比拟预测方法;直接模拟研究噪声的产生机理及传播特性的计算气动声学(CAA)方法。
通过计算流体动力学或试验得到流场信息并结合声比拟方法预测噪声在工程中有广泛的应用[2-3],但声比拟方法既不能考虑流场与声场的相互作用,又不能预测非线性气动噪声,故要从更本质的角度研究流动发声机理就必须采用CAA方法。
在CAA中两大关键技术是高精度的时空离散格式和无反射边界条件(NRBC)[4-5]。
Tam等提出了色散相关保持差分格式[4],Hu等提出了低耗散低色散龙格库塔格式[6],柳占新等发展了五对角紧致差分格式[7]。
这些高阶格式能够显著减少每个波长所需的网格点数,但处理无反射边界时仍需重新构造且精度降低。
计算气动声学混合方法在涡轮降噪研究中的应用赵辛午;黄洪雁【摘要】The aerodynamic noise problem of aeroengine and underwater vehicle has gradually become a hot research topic.The prediction of turbine aerodynamic noise is the key to the research of turbine aerodynamic noise.The hybrid methods for the computational aeroacoustics are most widely used.The studies on computational aeroacoustics and on the theory of turbine aerodynamic noise prediction are made in this paper.The hybrid methods for the computational aeroacoustics are applied in predicting the aerodynamic noise of a certain turbine.The consistency of the simulation results of the aerodynamic noise and the experimental measurement results shows that it is feasible for applying the hybrid methods for the computational aeroacoustics to predict the turbine aerodynamic noise.%航空发动机和水下航行器中涡轮的气动噪声问题逐渐成为研究的热点,涡轮气动噪声的预测是研究涡轮气动噪声的关键,计算气动声学混合方法是现在应用最广泛的噪声预测方法.本文对计算气动声学研究方法和涡轮气动噪声预测理论基础进行研究,应用计算气动声学混合方法对某型涡轮的气动噪声进行预测.气动噪声仿真结果与实验测量结果的一致性说明了本文应用的计算气动声学混合方法预测涡轮气动噪声是可行的.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2017(035)006【总页数】4页(P532-535)【关键词】涡轮;气动噪声;计算气动声学;降噪设计;混合方法【作者】赵辛午;黄洪雁【作者单位】哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】V231.3目前在涡轮设计过程中的主要降噪措施是“截止设计”，然而有时设计得到的涡轮噪声水平远高于预定目标。
