用于气动声学计算的完全耦合层吸收边界条件-论文.pdf

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1、中国机械工程第25卷第17期2014年9月上半月用于气动声学计算的完全耦合层吸收边界条件陈志夫文桂林卿宏军王明王艳广1．汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙，4100822．湖南大学，长沙，410082摘要：根据伪时均流假设，推导了波动量的非守恒非线性欧拉方程；采用频率变化的方法，给出了一个时间与空间坐标变换关系，并将波动量的非守恒非线性欧拉方程变换至新坐标系；通过复数变换方法引入阻尼，构建了斜流非守恒非线性层、层及角层完全耦舍层(PMI)吸收边界条件；最后用算例测试了该吸收边界条件的精度和收敛性。研究结果表明：当吸收层数等于1

2、0时，最大反射量不超过0。5，并且随着PML层数的增加而迅速减小；当吸收层数为4O层时，最大反射量小于0．1，达到收敛；在背景斜流下，该PML吸收边界条件能较好地吸收熵波与声波，可用于气动声学计算。关键词：欧拉方程；计算气动声学；完全耦合层；边界条件中图分类号：V211．3DoI：10．3969／I．issn．1004—132X．2014．17．016PMLAbsorbingBoundaryConditionsforComputationaIAeroacousticsChenZhifuWenGuilinQingHongjunWang

3、MingWangYanguang1．StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufacturingforVehicleBody，Changsha，4100822．HunanUniversity，Changsha，410082Abstract：FornonlinearEulerequationsinprimitivevariables，apseudomeanflowwasintroducedinthederivationofthetime—dependentfluctuationequations

4、．Thenahypothesisforchangedfrequen—cywasemployed，aproperspace—timetransformationwaspresentedforderivingthetime—dependentfluctuationequationsintransformedcoordinates．Acomplexchangewasappliedtothenewequationsandadampingparameterwasintroduced．SeveralnonlinearPMIabsorbingbo

5、undaryconditioninprimitivevariablesforzlayer，Ylayerandcornerlayerwerederived．Finally，thestabilityandeffec—tivenessofnonlinearPMLabsorbingboundaryconditionswerevalidatedbycomputingtheCAAbenchmarkproblems．Theresultsprovethat：themaximumreflectionerroriSlessthan0．5andO．1wi

6、thPMLwidthof10and40layersgridpoints，respectively，andthereflectionerrorreduceswiththeincreaseofPMLwidth：foractua1CAAproblemsinthecaseofobliquemeanflow，thepro—posedPMLabsorbingboundaryconditionscanabsorbthevortexandacousticwavewithlittleornoreflection．Keywords：Eulerequat

7、ion；computationalaeroacoustics(CAA)；perfectlymatchedlayer(PMI)；boundarycondition0引言反射，Berenger_1提出了PMI技术并成功将其应在汽车、飞机等运载工具的外部气动流场与用于求解麦克斯韦方程。Hul2将PMI技术引入气动噪声等问题的数值计算中，计算域不可能无计算气动声学领域，提出了求解线性欧拉方程的限大，需要人为地将计算域与远场分隔开来，这样分裂型PML方程，后来，Christopher等『3指出该分裂型PMI方程具有不稳定性。Hu4通过坐标既可

8、以使计算域内各种波无反射地通过边界，也变换改进了原有的分裂型PMI方程，提出了一能阻止外界的任何扰动传人计算域。因此，在半个稳定的非分裂型PML方程，并将该方法称为开放和开放区域的气动声学数值模拟中，构造性三步方法，随后将该方法拓展应