流體流過圓柱體產生的噪聲

案例描述：空氣以69.2 m/s的速度吹向直徑為1.9 cm的圓柱體，用Fluent仿真此時產生的噪聲。基于圓柱體直徑的Reynolds數大概是90000。其他尺寸參數見下圖。

對于聲學仿真，推薦使用LES湍流模型，因為LES模型求解所有渦旋尺度比網格尺度大的渦旋，能較好預測到噪聲。

         

1、啟動軟件并導入網格

1.1 啟動Fluent軟件，選擇2D 雙精度版本，單核求解。

1.2 導入網格文件“cylinder2d.msh.gz”，網格下載在文章底部。

為了改善求解速度，將網格重新讀取編錄，操作：Mesh -> Reorder  -> Domain

在文本窗口中顯示Fluent采用了Reverse Cuthill-McKee方法進行。

2、 求解器設置

3、 模型設置

3.1 湍流模型-大渦LES模型

在2D求解器中，LES模型是隱藏的，就是你打開湍流模型面板是找不到的。在文本窗口中輸入下面命名“(rpsetvar 'les-2d?' #t)”，鍵盤回車鍵。命令輸入要英文狀態，括號也要輸入，還有一點就是不能復制黏貼輸入，只能手動敲鍵盤輸入才有效，本人親測過了，Fluent版本是15.0。再次打開湍流模型，就發現LES已經出現可選了。

此時會彈出一個warning提示框，點擊OK即可。

4、 邊界條件

4.1 inlet邊界，邊界類型為velocity-inlet。

4.2 outlet邊界，邊界類型為pressure-outlet。保留默認設置。

5、求解設置

5.1 離散方案設置。

5.2 松弛因子設置，將pressure松弛因子調到0.7。

5.3 殘差設置。

5.4 初始化

5.5此時，保持case和data文件，命名為“cylinder2d t0.00”。

設置計算步數，先計算20步。

5.6 迭代完20步后，設置面監控升阻力。先設置阻力監控

具體參數設置如下。

設置升力監控。

設置計算參考值。

保持case和data文件，文件名“cylinder2d t0.00”，覆蓋之前保持的。

5.7 輸入迭代步數4000.點擊calculate計算。計算完后流動的時間是t = 0.02s。

此時，升力系數如下。

此時，阻力系數如下。

保持case和data文件，命名為“cylinder2d t0.02”。

6、 設置聲學模型

操作：Models ->  Acoustics  ->   Edit...

將壓力松弛因子設置為1.

點擊計算，將會繼續迭代4000步，計算完后，保持case和data文件，命名為“cylinder2d t0.04”。

修改聲學模型的參數，操作：Models ->  Acoustics  ->   Edit...將Source Correlation Length設置為0.095m，此值等于圓柱體直徑0.019m的5倍。如果是3D模型計算，此值不需要設置。

設置聲學信號。操作：Solution ->  Run Calculations ->  Acoustic Signals...設置兩個信號接收器receivers。其中一個在Y方向的35D（D為圓柱體直徑）就是-0.665m處，另外一個在128D就是-2.432m處。

計算和讀取聲學信號進兩個接收器中。

7、聲學后處理

7.1 顯示聲壓隨時間變化圖。

選擇兩個接收器。

點擊plot按鈕，顯示聲壓隨時間變化曲線。

可以看到，紅色線（接收器2）的時間相對黑色線（接收器1）平移到大約5e-3s，而且也弱很多。這是因為接收器2比接收器1離圓柱體更加遠。

7.2 傅里葉轉換。

操作：Results –>  Plots –>  FFT。參數設置如下

接收器1的聲壓譜顯示如下。

         

         

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文章來源：CFD小鎮