ACTRAN Aero-Acoustics
声类比概念
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声类比概念
CFD（URANS，LES，DNS，……）计算流场 v ( x, t ); ( x, t ); p( x, t )

声源： S ( x, t ) f (v , , p)
CA 节点 (稀疏)‫‏‬
信息丢失
积分插值法:
CFD 节点 (致密)‫‏‬ 从CFD节点到CA网格的积分插值
CA 节点 (稀疏)‫‏‬
所有信息都被利用，避免信息丢失! ◄
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窗函数
频谱能量泄漏
执行DFT，需要截断有限信号片段考虑部分的信号
从 CFD结果到声学结果...
Actran/VI
Actran结果的后处理
ACTRAN Aero-Acoustics -计算iCFD得到声源的传播
-导出预设场点的声场云图和声压值
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ICFD
ICFD 被用于：
从CFD结果中计算声源 将这些源积分插值到声学网格上 将这些源进行傅里叶变换（从时域转换到频域） 对平均背景流场进行线性插值（计算Möhring源）
限制
源项不够精确 数值成本不可忽略（大量涡模态=大量计算）◄
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简要回顾CFD技术
DNS：直接数值模拟
解决所有尺度 DNS是不实际的
LES: 大涡模拟 解决大尺度结构，包含大多数能量 建模小尺度对大尺度结构的影响
优势：
声源的计算与插值在CFD计算后进行一个CFD计算可以被用于不同声学 网格 积分插值但无线性插值声学结果不依赖于声学网格的细化程度► 提供各种窗函数►
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积分插值法 VS 线性插值法
线性插值法:
从CFD网格到CA节点的线性插值 CFD 网格 (致密)‫‏‬
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ACTRAN Aero-Acoustics
包含所有针对流致噪声仿真分 析的高级属性
与CFD软件兼容 Lightill声类比：针对低马赫数、 均质流 Mö hring声类比：针对高马赫 数、非均质流 提供积分插值法
DES: 分离涡模拟
避免在边界层上的巨大网格细化 RANS: 雷诺时间平均模拟 提供定常均流 (无时间相关→无频率相关) ◄
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气动声学分析方法比较
方法 1 方法 2 混合方法 CFD/FEM 一般 √ √ × 方法 3 混合方法 （F-WH、BEM） 一般 × × × 最少 × × × 方法4 湍流模型
利用声类比 标准简化假设
Actran传播声：
近场：有限元 远场：无限元
固壁Gs 源域Ws
Ge
Gs CAA域 W (Actran，FEM)
无限元Ge
Wa
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声类比概念：Lighthill的例子
从流体力学的方程（Navier-Stokes）开始 推导一个满足流场的标量方程
依赖定常CFD结果来提供湍流数据(Turbulent Kinetik Energy TKE) 基于现有频谱提供TKE谱 计算相应的噪声源项 用“标准方法”(Lighthill, FWH, FEM.....)传播
历史
Candel和Bailly先后发展了SNGR方法 他们被用于射流噪声预测；
举例
风在电缆周围 飞机起落架 风扇叶片 在管道部分的障碍和变化 像笛子等一些乐器 …
不同来源：
非定常层流‫‏‬ 湍流 燃烧
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计算气动声学（CAA）
有许多策略解决CAA问题
直接计算 混合方法► 半经验模型►
在CAA中，主要挑战是CFD►
精确求解Navier-Stokes方程 空间和时间分辨率限制在可接受的成本
►
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混合方法
两个解耦的步骤
步骤1：CFD计算非定常流动 步骤2：从结果中提取声源并传播
原理中的假设
主要假设：涡模态和声模态没有相互作用，即声场不修正流场。
窗函数
方窗(default)
w(t ) 1 w(t ) 0
tmin t tmax t tmin or tmax t
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窗函数
DFT qn (tn ) 周期性地复制了 qn .w(tn )
间断
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从 CFD结果到声学结果...
Actran/VI
Actran结果的后处理
ACTRAN Aero-Acoustics -计算iCFD得到声源的传播
-导出预设场点的声场云图和声压值
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所需的CFD数据
ICFD需要以下作为输入:
所有时间步长上的CFD基本变量 （Fluent，Star-CFD，etc……） CFD网格 （Fluent，Star-CFD，……） Actran格式的声学网格
挑战
寻找“好”的波动算子 寻找“好”的源项 从CFD输入到声学网格，精确地提取这些源项
子方法

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积分方法 BEM（边界元） FEM （有限元） LEE（线性欧拉方程） ◄
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半经验方法
SNGR: Stochastic Noise Generation and Radiation
ACTRAN Aero-Acoustics
产品概述
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ACTRAN 模块
ACTRAN for NASTRAN
ACTRAN DGM
ACTRAN VibroAcoustics
ACTRAN AeroAcoustics
ACTRAN TM
ACTRAN Acoustics ACTRAN VI 4
ACTRAN Aero-Acoustics
胡 颖 Scarlett Hu 2011年10月27日
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目录
产品概述 气动声学分析方法 声类比概念
计算过程概述
应用
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特点与不足
直接方法 CAA
计算资源 反射效应 声透射结构 声波对流体的 作用 求解类型 精确性
最多 √ × √
瞬态 好
瞬态 好
瞬态 好
稳态 有限制
Aero-Acoustics配合Vibro-Acoustics模块可进行流动-振动声学一体化分析！
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这意味着CFD软件必须在每个时间步长上输出基本变量 比如，Fluent通过 « autosave » 定义输出参数：
必须设置为1
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Actran/AA计算顺序
CFD软件
湍流CFD模拟
基本变量
压力、速度、密度„„
iCFD
- 将CFD基本量转换为声源 - 将声源用积分法插值入声学网格 - 执行傅里叶转换
将方程重组成下面这个形式的波动方程
a 包含了声场和流场 在源域， a 只包含声场 在远场，
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Lighthill / Möhring 声类比
Lighthill声类比
线性声场，流场与声场没有耦合 低马赫数(Ma<0.2) 高雷诺数(Re~106) 均匀介质声传播
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部分ACTRAN Aero-Acoustics 客户
6
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ACTRAN Aero-Acoustics
气动声学分析方法
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t t min t max t min 0 1
w(t ) 0.54 0.46 cos(2 ) w(t ) 0
1 or 0
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窗函数
Hanning窗

t t min t max t min 0 1
Möhring声类比
非线性声场，对流影响声场 较强平均流动 高雷诺数(Re~106) 非均匀介质声传播
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