应用随机模型方法预测汽车风噪声

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1、应用随机模型方法预测汽车风噪声第３０卷第１期２０１３年１月计算物理Ｖ０１．３０．Ｎｏ．１Ｊａｎ．．２０１３ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＡＴＩＯＮＡＬＰＨＹＳＩＣＳ文章编号：１００１－２４６ｘ（２０１３）Ｏｌ＿００９８－０７陈荣钱，伍贻兆，夏健（南京航空航天大学航空宇航学院，南京２ｌＯＯｌ６）摘要：采用随机模型方法，对简化汽车头部外形进行风噪声数值模拟．将计算区域分为声源区域和传播区域，在声源区域采用随机模型构造湍流脉动速度场，传播区域通过求解带源项的线化欧拉方程实现声波向外传播得到声场解．同直接模拟方法相

2、比，该方法具有计算量小、计算所需内存少等优点．数值模拟结果与实验数据吻合较好，验证了该方法预测汽车风噪声的可行性，为研究实际汽车外形的风噪声问题打下基础．关键词：计算流体力学；计算气动声学；随机模型；线化欧拉方程；汽车风噪声中图分类号：Ｖ２１１．３文献标识码：Ａ０引言———————————————————————————————————————————————在现代社会，汽车越来越普及，随之而来的汽车噪声问题日益突出，为此我国专门制定了ＧＢｌ４９５—２００２等汽车噪声标准．汽车的噪声来源主要有：发动机噪声、轮胎噪声以及汽

3、车风噪声等．在过去，发动机、轮胎噪声的研究比较成熟，取得了显著的降噪效果，而汽车风噪声的研究起步较晚．已有研究表明，汽车风噪声与汽车速度的六次方成正比¨ｏ，当汽车高速行驶时，风噪声的表现尤其明显，因此汽车工程师越来越重视风噪声的研究和降低．汽车风噪声是由于汽车行驶时，气流流过车体产生湍流，从而引起汽车的表面压强脉动产生的噪声．汽车的表面压强脉动不仅会作为声源产生声波辐射到远场，影响到汽车周围的环境噪声水平，而且汽车的表面压强脉动也会通过汽车车身表面的缝隙以及密封部件等向车内传递噪声，而且还会引起汽车车窗、挡风玻璃等部件的

4、振动等向车内辐射噪声，因此汽车表面压强脉动会影响到车内乘客乘坐的舒适度旧。．由此可以看出汽车的表面压强脉动是产生车外和车内噪声的一个重要来源．在汽车设计阶段，汽车的表面压强脉动数据，是汽车工程师后续进行车外和车内噪声分析的重要参考数据．在过去为了获得这些数据，汽车工程师主要是通用风洞试验得到．随着计算流体力学（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）和计算气动声学（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＡｅｒｏ－Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，ｃＡＡ）技术的发展，数值模拟已经成为一种重要的研究手段¨“。．近年来国际上提出了

5、一种随机模型＂“１方法．该方法将整个计———————————————————————————————————————————————算区域分为声源区域和传播区域，在声源区域采用随机模型来构造湍流脉动速度场，在传播区域通过求解带源项的线化欧拉方程实现声波向外传播．该方法同直接数值模拟（ＤＮｓ）方法或者大涡模拟（ＬＥＳ）方法相比，由于计算所需的网格量较少，因此该方法的计算所需时间和计算所需内存都要少很多；另外与传统的非定常雷诺平均纳维斯托克斯模拟（ＵＲＡＮＳ）相比，该方法由于采用随机模型构造湍流脉动速度场，因此能够模拟非定常

6、雷诺平均Ｎ．Ｓ方程所无法模拟的声源信息，因此具有较高的计算精度．目前该方法已被应用于预测ＮＡＣＡ００１２翼型、多段翼和空腔噪声问题＂’９］，Ｂａｔｔｅｎ［１叫和ｓｎｅｌｌｅｎ［１卜１２１等人尝试采用随机模型方法预测了简化的汽车后视镜等汽车风噪声问题．本文采用随机模型方法，对汽车头部外形进行风噪声数值模拟研究．首先通过求解ＲＡＮＳ方程得到时均流场，然后从得到的时均流场中提取信息，接着采用随机模型进行湍流脉动速度的重构，再从重构的湍流脉动速度场中提取出声学源项，最后通过求解带源项的线化欧拉方程实现声波向外传播．声场计算网格采

7、用多块对接结构网格，线化欧拉方程的求解采用高精度有限差分格式，时间离散采用低耗散低色散的龙格一库塔收稿日期：２０１２—０３一１２；修回日期：２０１２一０８—０５作者简介：陈荣钱（１９８３一），男，博士生，从事计算气动声学研究，Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｒｑ２００８＠ｎｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ———————————————————————————————————————————————万方数据时间推进格式．将数值模拟结果与实验数据进行对比，验证采用随机模型方法预测汽车头部风噪声的可行性，为将该方法应用于研究实际汽车外形的风噪声问题

8、奠定基础．１流场数值模拟流场数值模拟采用的控制方程是守恒形式的可压缩Ｎａｖｉｅｒ－ｓｔｏｋｅｓ方程‘１３１，控制方程为半＋ｖ．（Ｆ。（ｗ）～，（ｗ））：ｏ，ａ￡。‘ｕ∥ｐ叫ｐｕ埘耻Ｗ＝，＋删，Ｆ：＝埘Ｆ：＝———————————————————————————————————————————————舻∥删“ｐ＋，Ｆ＝