包振忠,秦国良,耿艳辉,和文强

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)



谱元法应用于涡声传播问题的研究

包振忠,秦国良,耿艳辉,和文强

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

为了满足计算气动声学对低色散、低耗散高精度数值离散格式的需求,将高精度谱元法结合声比拟理论应用于求解气动声学问题。以伪声压的时间二阶导数作为非齐次波动方程的声源项,空间离散采用谱元法,时间离散应用隐式Newmark法,并在外边界采用C-E-M吸收边界条件,求解了由两个相距为2r0的等环量点涡组成的同向旋转涡对的发声问题。旋转涡对的不可压缩流场通过复位势理论获得,声源由流场量计算得来,并将数值结果与应用多级匹配展开法得到的解析解进行比较,可得数值解与分析解吻合较好。研究结果表明:应用高精度谱元法进行空间离散时,每波长的网格数为11时可达到很高的精度;网格数一定的情况下,时间步长越小得到的数值解与分析解之间的误差就越小;另外,证明了将伪声压对时间的二阶导数作为声源项,能够高精度求解不可压缩流动引起的气动声学问题。

计算气动声学;谱元法;声比拟理论;吸收边界条件;有限元;同向旋转涡对

随着各种交通工具速度的快速提升,辐射的气动噪声也急剧增大。气动噪声不仅引起环境污染甚至还会造成结构的疲劳和破坏,会对人的生理和心理构成严重影响。随着计算流体力学(CFD)的飞速发展,数值模拟被广泛应用于工程实践,但传统的CFD方法无法满足气动声学问题的研究,计算气动声学(CAA)对计算格式提出了比较苛刻的要求[1-2]。……