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Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体噪声

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流体流过圆柱体产生的噪声

案例描述：空气以69.2 m/s的速度吹向直径为1.9 cm的圆柱体，用Fluent仿真此时产生的噪声。基于圆柱体直径的Reynolds数大概是90000。其他尺寸参数见下图。

对于声学仿真，推荐使用LES湍流模型，因为LES模型求解所有涡旋尺度比网格尺度大的涡旋，能较好预测到噪声。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图1

1、启动软件并导入网格

1.1 启动Fluent软件，选择2D 双精度版本，单核求解。

1.2 导入网格文件“cylinder2d.msh.gz”，网格下载在文章底部。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图2

为了改善求解速度，将网格重新读取编录，操作：Mesh -> Reorder -> Domain

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图3

在文本窗口中显示Fluent采用了Reverse Cuthill-McKee方法进行。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图4

2、求解器设置

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图5

3、模型设置

3.1 湍流模型-大涡LES模型

在2D求解器中，LES模型是隐藏的，就是你打开湍流模型面板是找不到的。在文本窗口中输入下面命名“(rpsetvar 'les-2d?' #t)”，键盘回车键。命令输入要英文状态，括号也要输入，还有一点就是不能复制黏贴输入，只能手动敲键盘输入才有效，本人亲测过了，Fluent版本是15.0。再次打开湍流模型，就发现LES已经出现可选了。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图6

此时会弹出一个warning提示框，点击OK即可。

4、边界条件

4.1 inlet边界，边界类型为velocity-inlet。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图7

4.2 outlet边界，边界类型为pressure-outlet。保留默认设置。

5、求解设置

5.1 离散方案设置。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图8

5.2 松弛因子设置，将pressure松弛因子调到0.7。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图9

5.3 残差设置。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图10

5.4 初始化

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图11

5.5此时，保持case和data文件，命名为“cylinder2d t0.00”。

设置计算步数，先计算20步。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图12

5.6 迭代完20步后，设置面监控升阻力。先设置阻力监控

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图13

具体参数设置如下。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图14

设置升力监控。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图15

设置计算参考值。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图16

保持case和data文件，文件名“cylinder2d t0.00”，覆盖之前保持的。

5.7 输入迭代步数4000.点击calculate计算。计算完后流动的时间是t = 0.02s。

此时，升力系数如下。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图17

此时，阻力系数如下。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图18

保持case和data文件，命名为“cylinder2d t0.02”。

6、设置声学模型

操作：Models -> Acoustics -> Edit...

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图19

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图20

将压力松弛因子设置为1.

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图21

点击计算，将会继续迭代4000步，计算完后，保持case和data文件，命名为“cylinder2d t0.04”。

修改声学模型的参数，操作：Models -> Acoustics -> Edit...将Source Correlation Length设置为0.095m，此值等于圆柱体直径0.019m的5倍。如果是3D模型计算，此值不需要设置。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图22

设置声学信号。操作：Solution -> Run Calculations -> Acoustic Signals...设置两个信号接收器receivers。其中一个在Y方向的35D（D为圆柱体直径）就是-0.665m处，另外一个在128D就是-2.432m处。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图23

计算和读取声学信号进两个接收器中。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图24

7、声学后处理

7.1 显示声压随时间变化图。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图25

选择两个接收器。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图26

点击plot按钮，显示声压随时间变化曲线。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图27

可以看到，红色线（接收器2）的时间相对黑色线（接收器1）平移到大约5e-3s，而且也弱很多。这是因为接收器2比接收器1离圆柱体更加远。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图28

7.2 傅里叶转换。

操作：Results –> Plots –> FFT。参数设置如下

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图29

接收器1的声压谱显示如下。

Fluent仿真实例-大涡模拟大风吹过圆柱体的噪声的图30

-------END-------

文章来源：CFD小镇

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删

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