基于混合RANS∕LES方法与FW-H方程的气动声学计算研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug．252013V01．34No．81795·1805ISSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于混合RANS／LES方法与FW—H方程的气动声学计算研究余雷1，宋文萍1’*，韩忠华1，闫利21．西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家重点实验室，陕西西安7100722．河南工业大学土木建筑学院，河南郑州450001摘要：在气动噪声的数值计算过程中，非定常流动的求解精度对声学计算结果有着重要的影响。以机体噪声计算的

2、标准算例双圆柱绕流气动噪声问题为研究对象，采用基于非线性}e湍流模型的限制数值尺度(LNS)方法对双圆柱绕流进行了数值模拟，将计算得到的气动特性和流动特征与相应的试验结果进行了对比分析。为了求解远场观测点处的气动噪声，在精确求解双圆柱绕流流动的基础上结合基于FW—H(FfowcsWilliams-Hawkings)方程的声类比方法进行数值计算，并通过圆柱体的展向相关性对计算结果进行了修正，将得到的最终结果与相应的声学试验结果进行了对比，两者吻合良好，表明该数值方法是准确、可靠的。关键词：计算气动声学；非定常流动；涡脱落；Navier-Stokes方程；大涡模拟；限制数值尺

3、度；FiowcsWilliams—Hawk—ings方程；双圆柱中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)08—1795一lI近二十年来，计算气动声学(ComputationalAeroacoustics，CAA)在各个方面都取得了长足的进展，出现了许多不同的气动噪声计算方法。为了对这些方法进行评价，2010年在瑞典举行了第一届机体噪声计算研讨会(BANC—I)，针对飞机机体噪声提出了4个标准算例，其中之一是双圆柱绕流的气动噪声问题口]。这类问题可以看做飞机起落架构型的简化模型，对该问题的细致研究可以进一步理解起落架气动噪声的声学特征和

4、产生机理[2]。柱体绕流的气动噪声问题广泛存在于各种工程应用之中，人们很早就开始了对这一现象的研究，并针对柱体绕流的湍流特征和气动噪声开展了大量的试验和计算。与单个柱体绕流相比，双圆柱绕流更加复杂，并呈现更为明显的三维流动特征，流动中可能存在分离流动、涡脱落和圆柱间的流动干扰等非定常现象，这些流动现象对气动噪声都会有较大的影响。因此，精确模拟双圆柱绕流流动是准确计算其气动噪声的前提。美国国家航空航天局(NASA)Langley研究中心在BART(BasicAerodynamicResearchTunnel)风洞和QFF(QuietFlowFacility)设备中对双圆柱绕

5、流进行了大量的空气动力学试验和声学试验[3。5]，参照这些试验中的构型，Lockard等[23采用三维Navier-Stokes求解器CFL3D对双圆柱绕流进行了数值模拟计算，结合FW-H(FfowcsWilliams-Hawkings)方程计算了远场观测点处的气动噪声，并将计算得到的圆柱气动特性、绕流流动特性和气动噪声声谱与相应的试验收穑El期：2012．09，24；退修日期：2012-11-22；录用El期：2013-01．09；网络出版时间：2013-01-2917：30网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．201301

6、29．1730．004．html基金项目：国家“863”计划(2012AA051301)*通讯作者。Tel．：029—88481144E-mail：wpsong@nwpu．edu．cn弓l壤格武lYuL．SongWP．／-／anZH．etal．Aemacous№noisepredictionusinghybridRANS／LESmethodandFW-Hequation，AataAero-nauticaetAstronautzcaSinica．2013．34(8)：1795-1805．余雷．宋文萍。韩忠华。等i基f混合RA隅／LEs方法与FW-H方程的气动声学计算研究．航

7、空学报，2013，34(8)：1795-1805．1796航空学报Aug．252013Vol34No．8l结果进行了详细的对比。随后，这一研究过程发算标准算例的双圆柱气动噪声问题进行数值模拟展成为机体噪声计算的标准算例，许多研究机构计算，试图在现有计算机的计算水平下得到更加(如德国DLR、法国ONERA和日本JAXA等)和精确的数值计算结果。通过与标准算例中的相应大学都对这一标准算例进行了计算研究。在计算试验结果进行对比分析，详细、系统地提供流场和过程中针对不同问题采用了许多不同的计算技声场计算结果，以验证本文气动声学数值计算