专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
致力于介绍COMSOL多物理场仿真技术,涉及声-结构、MEMS、数学等模块,教学sci文献案例,讲解仿真要点以及定期分享最新的声学超材料文献
目录
相关文章推荐
51好读  ›  专栏  ›  COMSOL 多物理场仿真技术

学术前沿 | 基于谐波平衡解的螺旋桨气动声学计算

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2024-12-27 21:11

正文

请到「今天看啥」查看全文


在本文中,我们提出了一种全面的模型,用于在低频范围内(最高至1700赫兹)获取声子晶体的声学行为的数值/实验结果。我们将注意力集中在这一范围内,因为这是环境声学领域中最难控制的范围,而声子晶体特别适用于这一目的。其直接应用是设计高科技声屏障以减少交通噪音,尽管声子晶体能够屏蔽任何类型的噪音,因为它们具有可扩展性。此外,该模型可用于分析这些金属材料在这些频率下的丰富物理行为。该模型完全由我们设计和开发,由三维数值模拟软件和实际原型组成,用于获取实验结果。正是这两种工具的联合使用使我们的模型具有独特的灵活性。为了在低频范围内验证该模型,我们考虑了具有不同几何参数、晶格和填充因子的声子晶体。所得到的精确结果与在混响室中所得到的结果以及用其他现有数值模型计算的结果进行了比较,表明我们的模型成功地发挥了作用。与现有的设计技术和其他获取实验结果的方法相比,该方法简单且成本较低。

总之,本文介绍了一种新颖的开源框架,用于评估具有特定频率主导运动的空气动力体的噪声排放,例如城市空中移动中使用的螺旋桨。所采用的简化模型称为谐波平衡,用于计算非定常流动解,显著降低了与完全非定常仿真相比的计算成本。该方法通过在单个周期内捕获离散时间点的流动解来处理不同频率,因此只在一个周期内获得了𝑁个离散时间点,其中𝑁被定义为2𝑘 + 1。为此,实现了傅立叶插值模块。借助插值,可以获取固体表面的保守变量,适用于任意数量的转数和时间频率。这使得可以使用谐波平衡解来计算远场观察者感知的声压级。此外,通过对一个俯仰的二维翼型的测试案例展示了谐波平衡方法的能力,当谐波数量足够时,不仅可以捕捉空气动力系数的时间历史,还可以捕捉整个固体表面上压力的局部变化,这对于良好近似偶极子噪声源是必要的。基尔霍夫-福克斯-威廉姆斯-霍金斯积分公式已集成到SU2中。值得注意的是,这个积分公式传播声学解的计算成本与观察者距离无关。

该框架被应用于计算俯仰翼和螺旋桨的噪声排放,结果显示在声压级和频率分析方面与完全时态精确解有很高的一致性,并显著降低了计算成本。

然而,需要观察到的是,通过稳态-旋转参考框架(RRF)仿真,也可以获得与谐波平衡方法相媲美的孤立螺旋桨的空气动力和噪声排放预测,其计算成本远低于谐波平衡方法。仅在负载项和观察者位于φ = 40°至φ = 140°之间的情况下,才观察到对音调噪声准确性的改进。RRF方法特别能捕捉到频谱中观察者接近旋转平面的主要旋转频率(BPF),而HB方法对于靠近旋转轴的观察者更好地预测负载项,这可以归因于其在革命期间更好地捕捉表面压力振荡,这在那些观察者的总噪声中更为重要。

未来的发展可以与孤立螺旋桨的噪声最小化相关联,作者们已通过稳态伴随框架进行了研究,使用了显示了某些限制的RRF求解器。由于频域方法将问题转化为需要解决的大型稳态问题,这些方法对于基于梯度的优化也很有吸引力。当涉及的物理过于复杂而无法使用稳态求解器时,HB方法可以作为完全非定常伴随的替代方案,具有中等的计算成本,混合解决方案已在文献中提出。



有关论文的更多信息请点击左下角 阅读原文

免责声明:本文中的部分资料来源于该期刊文章,转载目的在于传递信息及分享,并不意味赞同其观点或真实性,也不构成其他建议。本公众号仅提供交流平台,供广大读者学习,不为其版权负责。如涉及侵权、隐私等问题,请联系我们及时删除,同时也欢迎广大读者进行投稿交流。

投稿邮箱: [email protected]








请到「今天看啥」查看全文