計算氣動聲學的案例
氣動聲學建模指南
切向背景流場中的聲學襯墊
在涉及切向背景流場的聲學襯墊教學模型中，聲學襯墊由八個帶微縫的共振器組成，背景切向流場的馬赫數為 0.3。襯墊上方的聲壓級計算結果與研究論文（Ref. 2）發表的數據高度一致。該示例使用“CFD 模塊”的 SST 湍流模型來計算流動，并使用線性納維-斯托克斯，頻域 接口計算聲傳播。然后對聲學邊界層進行解析，并將默認的線性離散化選項修改為二階離散化，從而改進壁附近的空間解析度。
曲線顯示了在四個不同的驅動頻率下，襯墊上方的表面聲壓級。曲線的彩色部分突出顯示了襯墊的范圍。仿真結果與參考研究論文的實驗結果呈現出高度一致。
系統在頻率為 100 Hz，馬赫數為 Ma = 0.1 時的內部壓力分布。平面波從流體上游左側入射。
切向背景流場中的聲學襯墊
在涉及切向背景流場的聲學襯墊教學模型中，聲學襯墊由八個帶微縫的共振器組成，背景切向流場的馬赫數為 0.3。襯墊上方的聲壓級計算結果與研究論文（Ref. 2）發表的數據高度一致。該示例使用“CFD 模塊”的 SST 湍流模型來計算流動，并使用線性納維-斯托克斯，頻域 接口計算聲傳播。然后對聲學邊界層進行解析，并將默認的線性離散化選項修改為二階離散化，從而改進壁附近的空間解析度。
曲線顯示了在四個不同的驅動頻率下，襯墊上方的表面聲壓級。曲線的彩色部分突出顯示了襯墊的范圍。仿真結果與參考研究論文的實驗結果呈現出高度一致。
聲速波動在襯墊上方作為平面波進行傳播，動畫顯示前四個襯墊。驅動頻率為 1000 Hz。彩色圖顯示速度大小，箭頭顯示速度矢量。在襯墊表面的小孔附近，流體與聲學的相互作用產生了渦流。
科里奧利流量計
科里奧利流量計——又稱質量流量計或慣性流量計——可以測量流經此流量計的流體質量流率。該裝置還可以計算流體密度以及基于密度的體積流率。
展開 如何用hypermesh生成包含interface的流體網格-ujs
在計算氣動聲學的時候，有些情況是需要我們提取流體計算的結果作為聲學分析的邊界條件，
但是，有些流體網格因為物理模型的問題需要我們設定interface，恰恰你是機械，對流體了解一點，又不想花費太多時間來學習專業的流體劃分網格，下面這個貼子應該多少會起到幫助。
題目《如何用hypermesh生成包含interface的流體網格-ujs》
hypermesh中如何設定interface面.pdf
風機氣動噪聲全流程求解方案講解，另有Cradle氣動聲學包案例分享【9月20直播】
精彩直播預告
氣動噪聲分析在汽車、航空、電子等多個行業都有著廣泛應用，通過對產品氣動噪聲分析提升產品的舒適性，優化產品結構設計和減少噪聲污染。同時，有助于提高產品性能和質量，增強市場競爭力，為人們創造更加安靜、高效的工作和生活環境。
?？怂箍倒I軟件在氣動噪聲分析上有一套完整的解決方案，使用scFLOW2Actran氣動聲學包實現Cradle CFD流體軟件和Actran聲學軟件聯合仿真進行氣動噪聲仿真分析。由于氣動噪聲仿真對高精度空間和時間解算方法的需求，所以在仿真分析的過程中對計算資源和時間要求也十分高。scFLOW2Actran氣動聲學包在使用過程中數據傳遞十分便捷，能夠在Cradle頁面設置聲學求解參數，調用Actran求解器進行計算，極大降低了氣動噪聲分析的學習成本。
本次直播?？怂箍抵辈ブv堂請到了流體仿真和聲學仿真兩位專家為我們帶來基于Cradle和Actran的散熱風扇氣動噪聲聯合仿真案例，對氣動噪聲全流程解決方案進行講解，并針對旋轉機械噪聲多種仿真方案進行對比。此外，還分享了scFLOW2Actran氣動聲學包案例，以及一種預測風扇噪聲的新方法（偶極子環）。敬請關注！
9月20日 14:00
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立即預定
直播內容聚焦
?? 氣動噪聲全流程解決方案；
?? 一種預測風扇噪聲的新方法（偶極子環）；
?? Actran旋轉機械噪聲多種仿真方案對比；
?? scFLOW2Actran氣動聲學包案例分享。
蔣釗
?？怂箍盗黧w仿真專家
具備多年流體仿真經驗，負責Cradle CFD軟件的售前售后及項目咨詢服務，能夠針對客戶的需求能提供有效、合理、針對性的流體解決方案，為客戶解決實際應用問題。
展開 Fluent中的氣動聲學模型
聲學類比本質上把聲音的傳播與其產生分離開來，使人們能夠將流動求解過程與聲學分析分離開來。
ANSYS FLUENT提供了一種基于FWOWCS Williams and Hawkings（FW-H）公式的方法。FW-H公式采用了Lighthill聲類比的通用形式，能夠預測單極子、偶極子和四極子等等效聲源所產生的聲音。FLUENT采用時域積分公式，通過計算幾個表面積分，直接計算出指定接收位置的聲壓或聲信號的時間歷程。
流場變量（如聲源面的壓力、速度分量和密度等）的時間精確解是計算表面積分的必要條件。時間精確解可以從非定常RANS方程、大渦模擬(LES)或混合RANS-LES模型中獲得，以適用于手頭的流動和想要捕捉的特征（如渦脫落）。聲源面不僅可以放置在不透水的壁面上，還可以放置在內部（滲透）面上，這使得能夠考慮聲源面所包圍的四極子的貢獻。寬頻噪聲和聲調噪聲都可以根據流動計算中考慮的流動性質（噪聲源）、湍流模型的使用以及流動的時間尺度進行預測。
FLUENT中的FW-H模型的一個重要缺陷是其只適用于預測聲音在自由空間的傳播。因此雖然該模型可以合理地用于預測由外部空氣動力流動（如地面車輛和飛機周圍流懂）引起的遠場噪聲，但它不能用于預測管道或墻壁封閉空間內的噪聲傳播。
3、基于波動方程的方法
這種混合模擬方法是為了模擬低馬赫數流動的氣動聲學，聲源的計算采用不可壓縮流動模型，聲源產生的聲音傳播的計算采用微分波動方程。Fluent中實現的聲學波動方程是由Ewert和Schroeder 在恒密度流動假設下推導出的聲擾動方程。
展開 
新型風扇氣動噪聲組合分析方法
引言
混合方法是一種
常用的計算氣動聲學方法。該方法認為氣動聲源與流動的湍流相關，但聲場對流場沒有反作用。該方法本質上是一個兩步求解方案。第一步，使用URANS、LES或DES求解非定常流場。第二步，從CFD結果中提取聲源并求解聲音傳播。
軸流風扇產生的聲音具有兩個獨立且獨特的特征：線譜音調和寬頻帶?；旌戏椒ǎㄊ褂肔ighthill類比和對整個信號進行一次離散傅里葉變換）可以預測寬頻帶信號，但通常會得到不切實際的高波動噪聲結果。論文中提出了一種針對風扇噪聲問題的一種新的組合方法。與傳統的混合方法不同，該方法具有準確捕獲線譜音調噪聲并可獲得平滑的寬頻帶噪聲曲線的優點。
數值計算
首先進行非穩態CFD仿真進行。計算域由靜止場和包圍風扇的旋轉域組成，如下圖1所示。該模型捕捉了所有細節，例如風扇孔口、風扇護罩、線圈和百葉窗。在本研究中，線圈被建模為多孔區域，并應用滑動網格方法來計算Actran氣動聲學模擬所需的非定常CFD結果。旋轉域（風扇）的旋轉頻率為1118RPM。例子中的時間步長為0.0005s。此次模擬，0.8秒的總時間確保所求最小頻率遠小于37.2Hz（葉片通過頻率）。
圖1：旋轉域包圍風扇葉片，靜止域包含流動障礙物和多孔線圈
Lighthill聲類比有兩種源的計算方式，分別是在域的整個體積上和在源的表面上執行源的計算。如果采用前一種方法，源計算需要整個域上的CFD信息，但在后一種方法中，我們只需要在單個表面而不是體積上讀取速度信息（以及不可壓縮模擬情況下的密度），從文件管理的角度來看，這是一個很大的優勢。
展開 新型風扇氣動噪聲組合分析方法
本例基于Actran2021.1，采用Lighthill面源方法，將聲源映射到聲學網格上，并完成時域氣動聲源轉成頻域的計算。這項研究的新穎之處在于這一步，其中采用兩個互補的離散傅里葉變換（DFT）設置來精確計算線譜音調和寬頻噪聲，同時避免了由于采樣時間有限而在高頻下出現不切實際的聲壓級波動：
① 對于葉片通過頻率(BPF)及其諧波引起的線譜音調噪聲，使用最小二乘法在整個采樣時間內定義并完成第一個DFT。該方法強制提取用戶設置的頻率。在本研究中，設置為從BPF開始并提取BPF高達1000Hz的每個諧波；
② 對于寬頻帶噪聲，時域數據樣本分解為多個較小的樣本（多重離散傅里葉變換），這些樣本彼此重疊50%，并對每個樣本應用Hanning窗以平滑每個子樣本之間的過渡。在本研究中，原始時域數據被分為78個重疊樣本，每個樣本的持續時間為0.02秒，正好對應50個CFD時間步長。子采樣持續時間為0.02s，最小頻率和頻率步長固定為50Hz。選擇這些參數是為了獲得不包含BPF或其諧波的頻率列表，因此僅提取寬頻帶噪聲的結果。此方法的缺點是沒有對CFD的全部結果進行利用。
通過上面的兩個步驟，便獲得了兩組氣動噪聲：
①一個DFT得到BPF及其諧波的噪聲。
②多重DFT方法得到的寬頻帶噪聲。使用兩組互補的結果，并使用腳本進行合并，就可以獲得組合氣動聲學仿真的總體頻率響應，如圖2所示。
展開 設計仿真 | 新型風扇氣動噪聲組合分析方法
本例基于Actran2021.1，采用Lighthill面源方法，將聲源映射到聲學網格上，并完成時域氣動聲源轉成頻域的計算。這項研究的新穎之處在于這一步，其中采用兩個互補的離散傅里葉變換（DFT）設置來精確計算線譜音調和寬頻噪聲，同時避免了由于采樣時間有限而在高頻下出現不切實際的聲壓級波動：
① 對于葉片通過頻率(BPF)及其諧波引起的線譜音調噪聲，使用最小二乘法在整個采樣時間內定義并完成第一個DFT。該方法強制提取用戶設置的頻率。在本研究中，設置為從BPF開始并提取BPF高達1000Hz的每個諧波；
② 對于寬頻帶噪聲，時域數據樣本分解為多個較小的樣本（多重離散傅里葉變換），這些樣本彼此重疊50%，并對每個樣本應用Hanning窗以平滑每個子樣本之間的過渡。在本研究中，原始時域數據被分為78個重疊樣本，每個樣本的持續時間為0.02秒，正好對應50個CFD時間步長。子采樣持續時間為0.02s，最小頻率和頻率步長固定為50Hz。選擇這些參數是為了獲得不包含BPF或其諧波的頻率列表，因此僅提取寬頻帶噪聲的結果。此方法的缺點是沒有對CFD的全部結果進行利用。
通過上面的兩個步驟，便獲得了兩組氣動噪聲：
①一個DFT得到BPF及其諧波的噪聲。
②多重DFT方法得到的寬頻帶噪聲。使用兩組互補的結果，并使用腳本進行合并，就可以獲得組合氣動聲學仿真的總體頻率響應，如圖2所示。
展開 Siemens PLM Software氣動聲學仿真解決方案網絡研討會
氣動噪聲（Aerodynamic noise）主要是流體高速運動以及其與固體表面相互作用產生的噪聲，廣泛應用于汽車行業，典型的案例包括汽車風噪聲、進排氣系統噪聲、高速列車受電弓及轉向架噪聲、空調系統噪聲等。氣動噪聲不僅會大大降低產品的舒適性，還會帶來嚴重的環境問題并面臨越來越嚴苛的環評標準，因此已經成為當前汽車行業廣泛關注和研究的問題。
隨著計算能力的發展，氣動聲學仿真逐漸成為研究和解決氣動噪聲問題的可靠工具。氣動噪聲本質上可以認為是流動現象的“副”產品，原則上需要通過計算流體力學（CFD）進行仿真。不過，由于氣動噪聲的傳播具有典型的聲學特征，其仿真策略必然有別于傳統的CFD，具有獨特的聲學仿真特點。LMS Virtual.Lab 具備全面分析氣動噪聲的能力，基于聲類比（Acoustic analogy）原理，即先計算確定聲源，然后計算已知聲源的傳播問題，包括考慮聲波的反射、散射、吸收等聲學效應以及背景流場的速度梯度、溫度梯度等環境效應。本次研討會將以LMS Virtual.Lab Acoustics仿真平臺為載體，針對氣動聲學自身的特點，進行相關的基本原理、工程問題解決策略以及汽車行業典型應用案例的介紹和經驗分享。
時間：2016年11 月11日 星期五上午10:00-11:30
主講人：劉文 博士 LMS Virtual.Lab Acoustic 技術工程師
費用：免費
內容安排：
? 流動介質中聲傳播計算
? 流致振動向內場傳播噪聲計算
? 外場輻射噪聲計算：包含壁面偶極子、旋轉壁面偶極子、湍流四極子噪聲計算
? 汽車行業相關應用案例講解
點擊下面的鏈接進行在線注冊，免費參加本次研討會。注冊成功后，您會收到確認郵件，屆時請通過郵件內容提示，點擊鏈接在線參加本次會議。
展開 Siemens PLM Software氣動聲學仿真專題研討會
為幫助國內用戶加深對最新氣動聲學仿真技術的了解，Siemens PLM Software將于4月21日在上海舉辦“氣動聲學仿真專題交流會”，并邀請國外聲學仿真產品經理Korcan Kucukcoskun博士主講。本次研討會將以LMS Virtual.Lab Acoustics振動噪聲仿真軟件為載體，針對氣動聲學相關的原理、方法以及典型應用案例等進行講解。
本次研討會適合所有關心氣動聲學的技術人員與部門主管。
會議信息：
日期：2016年4月21日（星期四）
時間： 08:30-09:00簽到，09:00正式開始
地點：上海銀星皇冠假日酒店 銀星2廳
地址：上海市長寧區番禺路400號，距交通大學地鐵站（10號線、11號線）5號出口步行約5分鐘
主講人：Korcan Kucukcoskun博士，英文授課，提供中文翻譯
費用：免費
報名截止時間：4月18日17:00
主講人簡介：
Korcan Kucukcoskun先生畢業于土耳其伊斯坦布爾科技大學，擁有機械工程學士學位及航空工程碩士學位。此后他在法國里昂中央理工大學攻讀并獲得博士學位，并在2012年發表文章《低速風扇的自由和分散聲場預測》。在攻讀博士期間，他就開始在Siemens PLM Software工作，致力于氣動聲學的應用，包括寬頻風扇噪聲解決方案研發以及風扇音調噪聲驗證等工作。2012至2014年期間，Korcan Kucukcoskun博士作為高級研究工程師就職于比利時馮卡門流體力學研究所(VKI)，主要負責實驗與數值聲學應用工作，如外場聲學、管路聲學、聲散射等。2014年，Korcan Kucukcoskun博士重新加入Siemens PLM Software，任職Virtual.Lab Acoustics產品經理。
展開 2017.03.17-上海-氣動聲學仿真專題研討會
氣動聲學仿真專題研討會
2017年3月17日，上海
流體高速運動、流體與固體之間的相互作用，例如壁面流動分離以及渦旋脫落、湍流邊界層等會產生流致噪聲。流致噪聲問題已覆蓋航空、航天、汽車、船舶、軍工、通用機械、家電等各個工程領域，典型的案例包括飛機機身和起落架噪聲、航空發動機噪聲、螺旋槳推進噪聲、引擎的噴流噪聲、汽車后視鏡和車身噪聲、透平機的風扇噪聲、管路噪聲、高速列車受電弓噪聲等。流致噪聲不僅會大大降低產品的舒適性，還有可能會帶來嚴重的噪聲傷害或者結構破壞，因此已經成為當前工業界廣泛關注和研究的問題。
為幫助國內用戶加深對最新氣動聲學仿真技術的了解，Siemens PLM Software將于3月17日在上海舉辦“氣動聲學仿真專題交流會”，并邀請國外聲學仿真產品經理Korcan Kucukcoskun博士主講。本次研討會將以Star-CCM+流場分析軟件與LMS Virtual.Lab Acoustics振動噪聲仿真軟件為載體，針對氣動聲學相關的原理、方法以及典型應用案例等進行講解。
本次研討會適合所有關心氣動聲學的技術人員與部門主管。
會議信息：
日期：2017年3月17日（星期五）
時間： 08:30-09:00簽到，09:00正式開始
地點：上海銀星皇冠假日酒店 銀星2廳（四樓）
地址：上海市長寧區番禺路400號，近交通大學地鐵站（10號線、11號線）
主講人：Korcan Kucukcoskun博士，英文授課，提供中文翻譯
費用：免費
報名截止時間：3月15日
主講人簡介：
Korcan Kucukcoskun先生畢業于土耳其伊斯坦布爾科技大學，擁有機械工程學士學位及航空工程碩士學位。此后他在法國里昂中央理工大學攻讀并獲得博士學位，并在2012年發表文章《低速風扇的自由和分散聲場預測》。
展開 2016.11.11 Siemens PLM Software氣動聲學仿真解決方案網絡研討會
氣動噪聲（Aerodynamic noise）主要是流體高速運動以及其與固體表面相互作用產生的噪聲，廣泛應用于汽車行業，典型的案例包括汽車風噪聲、進排氣系統噪聲、高速列車受電弓及轉向架噪聲、空調系統噪聲等。氣動噪聲不僅會大大降低產品的舒適性，還會帶來嚴重的環境問題并面臨越來越嚴苛的環評標準，因此已經成為當前汽車行業廣泛關注和研究的問題。
隨著計算能力的發展，氣動聲學仿真逐漸成為研究和解決氣動噪聲問題的可靠工具。氣動噪聲本質上可以認為是流動現象的“副”產品，原則上需要通過計算流體力學（CFD）進行仿真。不過，由于氣動噪聲的傳播具有典型的聲學特征，其仿真策略必然有別于傳統的CFD，具有獨特的聲學仿真特點。LMS Virtual.Lab 具備全面分析氣動噪聲的能力，基于聲類比（Acoustic analogy）原理，即先計算確定聲源，然后計算已知聲源的傳播問題，包括考慮聲波的反射、散射、吸收等聲學效應以及背景流場的速度梯度、溫度梯度等環境效應。本次研討會將以LMS Virtual.Lab Acoustics仿真平臺為載體，針對氣動聲學自身的特點，進行相關的基本原理、工程問題解決策略以及汽車行業典型應用案例的介紹和經驗分享。
時間：2016年11 月11日 星期五上午10:00-11:30
主講人：劉文 博士 LMS Virtual.Lab Acoustic 技術工程師
費用：免費
內容安排：
? 流動介質中聲傳播計算
? 流致振動向內場傳播噪聲計算
? 外場輻射噪聲計算：包含壁面偶極子、旋轉壁面偶極子、湍流四極子噪聲計算
? 汽車行業相關應用案例講解
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機械設計實用計算之氣動計算
一、氣源過濾精度選擇：
a、一般機械及一般氣動回路等過濾精度＜40μm；
b、邏輯元件、射流元件、氣馬達等過濾精度＜10μm；
c、食品、醫藥、電子、煙酒、空氣軸承等過濾精度＜5μm。
二、氣動技術要點:
a、氣缸的推力一般在1.7~48230N，常規速度在50~500mm/s范圍之內，標準氣缸活塞可達到1500mm/s，沖擊氣缸達到10m/s，特殊狀況的高速甚至可達32m/s。氣缸的低速平穩目前可達3m/s，如與液壓阻尼缸組合使用，氣缸的最低速度可達0.5mm/s。
b、閥的壽命一般大于3000萬次，高的可達1億次以上；氣缸的壽命在5000km以上，高的可超過10000km。
c、空氣可壓縮，所以動作速度易受載荷的影響。采用氣液聯動方式可以克服這一缺陷。
d、低速時，摩擦阻力占比大，不如液壓缸平穩。
e、氣缸輸出力比液壓缸小得多。
三、氣動系統的構成：
1）氣源部分：
空氣壓縮機（儲氣罐、安全閥、減壓閥、壓力表）、冷卻器、主管道過濾器、干燥器、排水器等。`
2）管道處理部分：
氣動三聯件（減壓閥、過濾器、油霧器、增壓閥）
附件（氣管、接頭、壓力表）。
展開 Actran氣動噪聲計算及風機噪聲計算案例
CFD與Actran聯合模擬：非定常CFD輸入；定常CFD輸入–SNGR方法
Actran提供與大部分CFD軟件數據接口：MSC Cradle，Fluent, CFX, Star CCM+, OpenFoam等；
典型問題：空調噪音；風扇噪音；氣動擾流噪音
氣動振動聲學聯合問題：氣動噪聲源作為振動聲學分析激勵
Actran氣動噪音
工作流程及特點
Actran針對各種流速流場中
的氣動噪音問題
Actran氣動/振動聲學
的一體化求解
將氣動載荷或氣動噪音激勵直接作用于結構單元
作用：
-進行氣動力引起的振動噪音分析
-隔聲罩分析
-吸聲材料分析
案例分享
CNH – Wheel Loader Engine Cooling Fan
電子散熱風扇噪聲-Hosei University (JPN)
約翰迪爾–冷卻風扇
客戶挑戰
-在建筑，林業和農業應用中，發動機冷卻風扇噪音通常在整個機器噪音中占主導地位。
-必須妥善解決噪音，以使機械產品通過國際噪音法規。
MSC解決方案
使用AcuSolve CFD求解器耦合Actran，計算氣動噪聲源及其在遠場中的傳播。
客戶價值
-模擬和實驗之間的一致性良好。
-通過在開發周期中集成氣動聲學預測來降低開發成本。
展開 LMS Virtual.Lab聲學邊界元(BEM)與聲學有限元(FEM-AML)計算結果對比
論壇里的number5wei最近做了個對比計算，就是使用一個簡單的模型，進行基于結構模態的聲振耦合計算，分別使用聲學邊界元方法（BEM）與聲學有限元方法（FEM-AML）計算，然后查看兩種方法計算得到的板塊振動位移幅值與場點聲壓級有何不同。針對number5wei的問題，我給大家做了一個對比算例，可以看出兩種方法計算出的結果是高度一致的！有興趣的朋友可以下載看一下，也對各種方法的靈活使用有幫助。另外，我個人感覺LMS Virtual.Lab有一個最大的好處，就是使用結構樹，大家完全可以根據結構樹，重現操作步驟。
計算模型示意圖：
2000Hz時結構振動位移幅值云圖對比：
2000Hz時場點聲壓級對比：
文檔下載地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=437916&uk=1560578551
展開 STAR-CCM+計算二維翼型氣動性能
本算例以NACA65(1)-212翼型為例，簡單介紹使用STAR-CCM+進行二維翼型氣動性能計算的一般步驟。
二
計算流程
大多數情況下，翼型的氣動性能計算采用二維網格模型。二維網格能夠滿足計算的需求，同時又不至于消耗過多的計算資源，一定程度上提高計算的效率。STAR-CCM+雖然支持對二維網格模型的求解，但不支持導入二維幾何實體，也無法直接生成二維網格，但可以實現三維網格到二維網格的轉換。本算例利用STAR-CCM+三維網格轉換成二維網格的功能，現在STAR-CCM+中生成三維的翼型繞流網格，再將該三維網格轉換成二維網格，最后利用二維網格進行求解。
1、建立翼型幾何
右鍵單擊模型樹中幾何下的3D-CAD 模型，選擇新建，在3D設計模式中建立三維翼型實體。右鍵點擊3D-CAD Model 1，選擇導入>3D 曲線，選擇翼型數據文件。翼型數據必須為.CSV格式文件，且各行數據為以下形式：
每行依次為各數據點的x、y、z三點坐標，中間以英文半角逗號分隔。
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