气动噪声仿真的基石：基于FLUENT的理论与实例

声波是由声源振动产生的，这个声源可以是固体、液体、或者气体，但是声音最终都是通过空气传递到人耳中。声源振动使周围空气的质点交替成为密部和疏部，声波就是通过不断地密-疏-密的变换过程传递出去。因此，声波是一种疏密波，也就是纵波。声波一般和振动联系在一起，他们的关系可以用下图说明。

通常普通人的感受到的震动（Vibration）频率在20Hz以下，而噪声（Noise）频率在80Hz以上，20到80Hz之间的部分可以理解为身体和耳朵的双重作用，称之为声音粗糙度(Harshness)，在这个频率区间中，即能感觉到有东西似乎怼着屁股突突突突突，又会听见耳边若有若无的啊啊啊啊啊。但是震动和噪声的感受却非常难以量化和客观化，感受并不是实际可测得的如声压、声强、声压级等如物理量。NVH最难以量化的就是感受这部分内容了。

Fluent仿真计算气动噪声（CAA）的原理是基于FW-H方程，这组方程就是气动声学研究的主要路线。网上有很多介绍，就不再赘述了。Fluent计算气动噪声的流程就是在通过准确的CFD流场计算得到流场压力变化时程，这是CAA计算的基础。一般来说，声源的计算需要采用高级的湍流模型，如LES、DES，进行非稳态计算来实现。当然，URANS模型也可，不过计算出来的结果往往只有主要特征的影响，得不到细节方面的东西。

下面三个官方培训算例，准确全面地介绍了CAA仿真。

圆柱绕流气动噪声FLUENT仿真

圆柱绕流噪声原理就是把圆柱表面划分成一个个的微元，每个微元当做一个偶极子声源，声源的强度就是脉动压力大小，然后对每一偶极子求解波动方程，得到其在声接受点处的辐射声压，再把每个偶极子所产生的声压相加，就得到了总声压。FLUENT的声学模块就是通过利用CFD的计算结果，对FW-H方程求积分解，得到圆柱绕流噪声。

Helmholtz共振腔气动噪声FLUENT仿真

亥姆霍兹共振腔是一种以开放的孔通过气体的容器，最简单的就是一个空瓶子，当在顶部吹气时，里面的空气振动，可以听到低而响亮的声音；在澡堂里，穿着拖鞋走在一洼一洼的水渍中，经常听到吱吱的声音，也可以看成是亥姆霍兹共振腔的贡献；工程中的应用也很广泛，轮胎的胎噪，最主要的声源也是轮胎花纹和路面之间空腔形成的亥姆霍兹共振腔，不同行驶速度可以看成为流动空气的速度，因而胎噪通常与车辆行驶速度直接相关。

汽车运行过程中宽频气动噪声FLUENT

汽车行驶中外流场与车身表面发生作用形成的噪声为宽频噪声。当车辆高速行驶时，一方面车辆与周围的空气流场产生剧烈的相互作用，流场就在车辆表面形成一个边界层，同时产生强大的分离流、涡流和湍流。流动中的涡流和湍流相互作用，产生强大的脉动压力，脉动压力激励车身壁板，在车内产生辐射噪声。这是诱发车辆气动噪声的主要原因；另一方面，空气流通过车身密封条传递噪声，或者气流通过顶窗和侧窗与乘坐室空腔产生噪声，即为前面介绍的例子，亥姆霍兹共振腔导致的噪声。

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