基于高阶间断有限元法的气动噪声数值模拟

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1、第42卷第6期2012年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．6Nov．2012基于高阶间断有限元法的气动噪声数值模拟刘兴强1，吕宏强2，黄文超1(1．中国飞机强度研究所，陕西西安710065；2．南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016)摘要：采用CFD+CAA的混合方法对三维湍流激励的气动噪声进行了仿真计算。流场计算部分采用有限体积法求解RANS方程，得到定常的背景流场。在流场计算的基础上，基于SNGR(StochasticNo

2、iseGenerationandRadia．tion)方法构造声学控制方程LEE的右端源项，采用高阶间断有限元法(DG)求解线性欧拉方程(LEE)得到后视镜的非定常声场。适用于复杂外形的气动噪声仿真计算，是一种非常实用的气动噪声工程计算方法。关键词：计算气动噪声；高阶间断有限元法；SNGR；线性化欧拉方程中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：1671．654X(2012)06．0021．04NumericalSimulationofAeroaeousticsBasedonHigherOrder

3、DGMethodLIUXing—qian91，LUHong—qian92，HUANGWen·cha01(1．AircraftStrengthResearchInstitute，AV／C，X／’an710065，China；2．CollegeofAerospaceEngineering。Na蛳ngUniversityofAeronauticsandAstronautics，AVIC．N鲫蕾ng210016。China)Abstract：Inthispaper，ahybridmethodcombinin

4、gComputationalFluidDynamics(CFD)withCompu—tationalAeroacoustics(CAA)isusedtosimulatetheflow—inducednoise．TheRAN．Sequationsaresolvedbythefinitevolumemethodtoobtainthesteady·stateflowfield．ThesourcetermoftheLEEisgeneratedbytheSNGR(StochasticNoiseGenerati

5、onandRadiation)methodbasedonthesolutionofflow．Subsequently，theHigh—orderDiscontinuousGalerkinMethod(DG)isusedtosolvetheLEEtoprovideunsteadynoisefield．Keywords：computationalaeroacoustics；higherorderDGmethod；SNGR；LEE引言基于高阶间断有限元法的气动噪声数值模拟气动声学是建立在空气动力学和声学基

6、础上的一门交叉学科⋯。它研究的内容是流动与声的相互作用问题，重点研究流动及与物体的相互作用导致噪声产生的机理。气动声学量相对于背景流场而言是非定常小量，而且脉动频带宽，传播距离远。所以，相对于传统的计算流体力学(CFD)而言，计算气动声学不仅要具有较高的精度，而且其色散和耗散误差应该尽可能地小悼J。计算气动声学的研究方法主要分为直接法和混合法两类心】。直接模拟法是采用DES或者LES对流场进行精细模拟，直接得到非定常脉动量信息。但是，声学模拟需要很大的计算区域，所以直接模拟法需要巨大的计算资源，在复

7、杂的工程问题中难以得到应用。因此，国际上发展了多种“流场计算(CFD)+气动声场计算(CAA)”的混合算法。本文采用基于高阶间断有限元法p。51的混合算法对汽车后视镜M1的气动噪声问题进行数值模拟。CFD流场的数值模拟采用有限体积法，求解RANS方程得到稳定流场解。在稳定流场解的基础上，基于SNGR"-9]方法构造线性欧拉方程(LEE)旧1的声源项。采用高阶间断有限元法对线性化欧拉方程进行空间离散，采用四步龙格一库塔法进行时间离散，计算得到后视镜的非定常声场解。1线性化欧拉方程(LEE)线性化欧拉方

8、程有多种表达形式，其中以声学扰动量为初始变量的方程形式最为常用‘2

9、。其方程形式如下所示：丝+A．型+A，f誓：S(1)Ot30Oxi’缸i、’收稿日期：2012—09—03基金项目：国家自然科学基金项目资助(11272152)；航空科学基金项目资助(20101552018)；江苏省优势学科基金项目资助作者简介：刘兴强(1987一)，男，山东新泰人，硕士研究生，主要研究方向为气动噪声控制。航空计算技术第42卷第6期其中q’=(P’，U’，’，’，∞’，p’)T为声学扰