气动噪声计算方法及其应用(司海青,朱卫军 著)思维导图

ANSYS Fluent气动噪声模型使用指南ANSYS Fluent气动噪声模型使用指南 (1)1 ANSYS Fluent的气动噪声模型特点介绍 (1)1.1C A A（直接模拟模型） (1)1.2A c o u s t i c A n a l o g y M o d e l i n g（声比拟模型） (2)1.3B r o a d b a n d（宽频噪声模型） (2)2 ANSYS Fluent的气动噪声模型设置 (4)2.1B r o a d b a n d（宽频噪声模型） (4)2.2F-W-H（声比拟模型） (7)2.3C A A（直接模拟模型） (16)3 ANSYS Fluent气动噪声测试案例 (22)3.1圆柱绕流 (22)3.2跨音速空腔流动 (26)3.3跨音速翼型绕流 (31)1 ANSYS Fluent的气动噪声模型特点介绍1.1C A A（直接模拟模型）ANSYS Fluent中的CAA方法可以通过求解流体动力学方程直接得到声波的产生和繁殖现象。

声波的预测需要控制方程时间精度的解，而且，CAA方法需要ANSYS Fluent通过求解非稳态N-S方程（如DNS）、非稳态雷诺平均RANS方程以及在分离涡DES和大涡LES 模拟中用到的滤波方程，精确模拟粘性效应和湍流效应。

CAA方法需要高精度的数值求解方法、非常精细的网格以及声波非反射边界条件，因此计算代价较高。

如果要计算远场噪声（比如几百倍的机翼弦长远处的噪声传播），CAA方法则需要超大规模并行计算支持；但是如果计算近场噪声（比如，机身表面的APU、空穴、微小部件扰动噪声），CAA方法是容易可行的。

在大多包含近场噪声的计算中，由于局部压力波动导致的噪声是可以通过ANSYS Fluent准确模拟的。

既然CAA方法直接求解声波传播，那么需要求解可压缩的控制方程（如雷诺平均方程、可压缩的LES大涡模拟的滤波方程）。

当流动速度较低或亚音速流动时，而且近场中的噪声源主要由局部压力波动构成，则可以使用不可压缩流动。

风电叶片气动噪声数值模拟研究摘要：为降低风电叶片气动噪声，运用耦合计算流体力学( Computatio nal fluiddynamics ，CFD)方法对风电叶片进行气动噪声数值模拟。

本文运用流体动力学软件STAR-CCM+得到叶片表面压力分布。

研究发现：叶轮旋转过程中，叶片表面声功率最大值主要靠近叶尖后缘区域。

叶片加降噪结构后，其表面声功率最大值为96.33db，原叶片表面声功率为98.1db。

此外，叶片加降噪结构后,其表面声功率最大值出现的区域比原叶片小。

因此，在叶尖后缘处加降噪结构可以有效降低叶片表面声功率，同时大幅减小表面声功率最大值的分布区域。

关键词：风电叶片，气动噪声，CFD目录1. 前言............................................................................ 3 .2. 风电叶片气动噪声分析模型........................................................ 3 .3. 风电叶片气动噪声分析............................................................ 4 .3.1. 风电叶片气动噪声分析 ......................................................... 4 .3.2. 风电叶片气动噪声计算 ......................................................... 5 .4. 结论............................................................................ 6 ./ 、八1. 前言近年来，风能在世界可再生能源中的比重日渐增长，成为各国能源工业关注的焦点。

气动噪声的数值模拟和研究气动噪声是一种由于气流经过物体或是空气之间互相摩擦时产生的声音。

这种噪声的来源广泛，从家用电器、汽车发动机到风力发电机、飞机引擎都可能会产生气动噪声。

随着工业化和城市化的发展，气动噪声已经成为人们生活中不可避免的一部分。

因此，为了改善人们的生活环境和促进工业的健康发展，对气动噪声的数值模拟和研究显得尤为重要。

气动噪声的数值模拟是基于数值计算方法的研究，其核心是CFD（计算流体力学）。

CFD是应用数学、物理和计算机科学的学科领域，是一种通过数字方法解决流体运动方程的技术。

在CFD的数值计算中，气体或流体流动过程中的各种参数和特性都能够通过数值计算得出，这样就能够较好地模拟出气动噪声的产生过程。

数值模拟能够提供详尽的求解结果，在气动噪声研究中被广泛应用。

通过优化流体流动过程和物体的形状，能够减轻或消除气动噪声的产生。

例如，针对风力发电机叶轮的气动噪声问题，可以对其外形进行优化，并通过数值模拟得出不同形状的叶轮在不同条件下的噪声效果，以此来选择最优解。

气动噪声的数值模拟需要依靠多重参数，包括风速、压力、粘度等。

这些参数对噪声的产生和传播都有影响，并且相互之间的关系也会影响噪声的产生情况。

因此，数值模拟是一项复杂的工作，需要结合实际测试数据和理论研究，才能得出准确的结果。

除了数值模拟，还可以通过实验手段来研究气动噪声。

实验是一种验证数值模拟结果的有效方法，也能够直接获取噪声产生时的音压级和声学能量等参数。

然而，实验也存在着成本高、时间长、数据难以获取的问题。

因此，气动噪声的数值模拟研究在实际应用中更为常见。

气动噪声不仅对人们的生活和工作造成影响，而且还可能对环境产生影响。

随着环保意识的提高，人们开始越来越关注气动噪声的研究和处理。

气动噪声的数值模拟和研究为人们提供了一种有效、可靠的方法，能够更好地把噪声控制在合理范围内，实现更高效、更环保的工业和生活方式。

总之，气动噪声的数值模拟和研究是一个不断发展和完善的领域。

风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟一、风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟概述风力涡轮机作为可再生能源领域的重要技术之一，其效率和性能直接影响到能源的转换效率和经济效益。

在风力涡轮机的运行过程中，叶片的气动噪声是一个不可忽视的问题，它不仅影响周围环境的声学舒适度，还可能对机器的长期运行造成不利影响。

因此，对风力涡轮机叶片气动噪声进行数值模拟，以预测和降低噪声，具有重要的实际意义。

1.1 风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟的重要性数值模拟作为一种高效、低成本的研究手段，可以对风力涡轮机叶片在不同工况下的气动噪声进行预测和分析。

通过数值模拟，可以深入理解噪声产生的机理，为叶片设计优化提供理论依据。

1.2 风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟的研究现状目前，气动噪声的数值模拟主要采用计算流体动力学（CFD）和声学模拟相结合的方法。

CFD用于模拟叶片周围的流场，而声学模拟则用于预测由此产生的噪声。

随着计算机技术的发展，数值模拟的精度和效率不断提高，已经成为风力涡轮机叶片气动噪声研究的重要工具。

二、风力涡轮机叶片气动噪声数值模拟的理论基础2.1 气动噪声产生的机理气动噪声是由流体与固体表面相互作用产生的，其主要来源包括叶片表面的压力波动、尾迹涡流的脱落以及叶片与周围空气的湍流相互作用等。

这些因素共同作用，导致声波的辐射。

2.2 数值模拟方法数值模拟通常采用有限体积法（FVM）或有限元法（FEM）来离散控制方程，通过求解Navier-Stokes方程来模拟流场。

对于声学模拟，可以采用声学类比法（ANA）或直接求解声波方程的方法。

2.3 边界条件和模拟参数在进行数值模拟时，需要合理设置边界条件，包括入口和出口的流动条件、叶片表面的无滑移条件以及远场的辐射条件等。

此外，模拟参数的选择，如时间步长、网格密度等，也对模拟结果的准确性有重要影响。

三、风力涡轮机叶片气动噪声数值模拟的关键技术3.1 网格生成技术网格生成是数值模拟的第一步，它直接影响到模拟的精度和效率。

基于计算流体动力学的气动噪声分析研究气动噪声是指由气体流动产生的噪声，并广泛应用于各个领域，如航空、汽车、机械等。

气动噪声研究对于提高产品性能、减少环境噪声、保护人类健康具有重要的意义。

基于计算流体动力学的气动噪声分析研究，可以通过计算机模拟对复杂的气动噪声场进行快速、准确的预测和分析。

一、计算流体动力学的原理计算流体动力学（CFD）是一种数值模拟方法，通过对流体流动过程中的物理现象进行离散化和计算，得到流体流动状态的解析结果。

整个CFD过程大致分为三个部分，即离散化方法、计算模型和求解器。

其中离散化方法是将连续的流体流动状态离散成离散点，而计算模型则是对流体流动的宏观行为进行建模，并确定流动的必要边界条件。

求解器则是通过对方程组进行求解，得到流场数值解。

二、气动噪声的形成机理气动噪声是由于气体流动产生的压力波在空气中的传播而产生的，通常分为涡流噪声、空气噪声和结构噪声三种。

1.涡流噪声涡流噪声是由于流体绕过固体表面时产生的涡流和湍流摩擦产生的。

当气体流过不平滑的表面时，会形成许多涡旋，这些涡旋产生了频率与涡旋自身旋转频率成正比的噪声。

涡流噪声是飞机、汽车等机动车辆行驶时产生的主要噪声源。

2.空气噪声空气噪声是由于流体流动时的压力波产生的。

当气流经过不同形状的障碍物，如燃气轮机、涡轮压缩机、气动机翼等，会产生震荡，并产生广泛的辐射。

这种声波被传播到远离源点的地方，并能够对机器和人员产生影响。

3.结构噪声结构噪声是由于气体压力波在物体表面上引起的振动而产生的。

当流体通过某些物体时，流体与物体之间会发生相互作用，并产生压力波。

当压力波传播到物体表面时，会引起物体振动，并通过结构传递声波。

三、计算流体动力学在气动噪声分析中的应用计算流体动力学对气动噪声的分析和预测具有重要的应用价值。

通过计算机与数值模拟方法，可以快速地分析和预测复杂气动噪声场的分布和特性。

与实验方法相比，计算流体动力学方法具有投资少、周期短、可重复性强、数据量大等优点，特别适用于新产品开发和产品改进。

气动噪声模型使用指南气动噪声模型使用指南1. 引言1.1 背景气动噪声是指由气体流动引起的噪声，广泛存在于各个行业中。

为了控制和减少气动噪声对人体健康和环境的影响，开发了各种气动噪声模型，用于评估和预测噪声水平。

1.2 目的本文档旨在为使用气动噪声模型的工程师和研究人员提供一份详细的指南，帮助他们在实际应用中正确使用和解释模型的结果。

2. 气动噪声模型概述2.1 模型分类根据气动噪声产生机制的不同，气动噪声模型可以分为层流噪声模型和湍流噪声模型两大类。

2.2 层流噪声模型层流噪声模型适用于低速气体流动的情况，一般基于声辐射理论，通过计算气体流动所产生的压力波的辐射声功率来估计噪声水平。

2.2.1 涡脱落噪声模型涡脱落噪声模型是层流噪声模型中的一种，适用于在气体流动中存在旋涡脱落的情况。

该模型基于涡脱落频率和涡脱落噪声源强度的关系，通过计算噪声源强度来预测噪声水平。

2.2.2 壁面噪声模型壁面噪声模型是层流噪声模型中的另一种，适用于在气体流动中存在与壁面摩擦有关的噪声产生的情况。

该模型根据壁面摩擦引起的压力波辐射声功率来评估噪声水平。

2.3 湍流噪声模型湍流噪声模型适用于高速气体流动的情况，一般基于湍流动力学理论，通过计算湍流辐射噪声源的强度来估计噪声水平。

2.3.1 湍流辐射噪声模型湍流辐射噪声模型是湍流噪声模型的一种，适用于在气体流动中存在湍流辐射噪声源的情况。

该模型根据湍流辐射噪声源的强度和频谱特性来预测噪声水平。

3. 使用指南3.1 模型选择在使用气动噪声模型之前，需要根据具体的应用场景选择合适的模型。

根据气体流动的速度、特性和噪声源的机理等因素，选择适用的层流噪声模型或湍流噪声模型。

3.2 模型参数确定使用气动噪声模型进行计算之前，需要确定模型所需的参数。

这些参数包括气体流动的速度、温度、压力等基本参数，以及与噪声源相关的参数，如涡脱落频率、壁面摩擦系数等。

3.3 模型计算与结果解释在确定了模型所需的参数后，可以进行模型的计算。

风力发电机组叶片气动噪声源识别数值模拟一、风力发电机组叶片气动噪声概述风力发电机组作为可再生能源的重要组成部分，其在能源结构中的地位日益重要。

然而，随着风力发电技术的快速发展，风力发电机组在运行过程中产生的噪声问题也日益受到关注。

风力发电机组的噪声主要来源于机械噪声和气动噪声，其中气动噪声是影响风力发电机组周围环境和居民生活质量的重要因素之一。

1.1 气动噪声的产生机理气动噪声是由于气体流动过程中的湍流、涡流、边界层分离等现象引起的。

在风力发电机组中，叶片作为直接与风相互作用的部件，其表面的空气流动特性直接影响着气动噪声的产生。

当气流经过叶片表面时，由于叶片形状和气流速度的变化，会在叶片表面产生压力波动，这些压力波动以声波的形式向外传播，形成气动噪声。

1.2 气动噪声的影响因素气动噪声的产生受到多种因素的影响，主要包括叶片的形状、尺寸、材料、气流速度、攻角、叶片间距等。

叶片的形状和尺寸决定了气流在叶片表面的流动特性，从而影响气动噪声的产生。

叶片材料的密度和弹性模量也会影响噪声的传播。

此外，气流速度和攻角的变化会导致叶片表面的压力波动，进而影响气动噪声的强度。

二、风力发电机组叶片气动噪声源识别为了有效控制和降低风力发电机组的气动噪声，首先需要对气动噪声源进行准确识别。

气动噪声源识别是指通过数值模拟和实验测试等方法，确定噪声产生的具体位置和原因，为噪声控制提供依据。

2.1 数值模拟方法数值模拟是一种通过计算机模拟来预测和分析物理现象的方法。

在风力发电机组叶片气动噪声源识别中，数值模拟方法主要包括计算流体动力学(CFD)模拟、声学模拟和耦合模拟等。

计算流体动力学(CFD)模拟通过求解流体力学控制方程，模拟叶片表面的空气流动特性，从而预测气动噪声的产生。

声学模拟则通过求解声波传播方程，分析声波在空间中的传播特性。

耦合模拟则是将流体力学和声学模拟相结合，同时考虑流体流动和声波传播的影响。

2.2 实验测试方法实验测试是通过对实际风力发电机组叶片进行测试，直接测量气动噪声的方法。