《基於格子Boltzmann方法和大渦模擬的各向同性湍流噪聲研究》是依託上海大學，由董宇紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於格子Boltzmann方法和大渦模擬的各向同性湍流噪聲研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：董宇紅
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
飛機和高速列車行進時引起的湍流會產生巨大的噪聲，人們一直在尋求降噪減噪的各種途徑。作為前提，理解和預測流動誘發聲的能力具有非常重要的現實意義。湍流運動固有的多尺度性、隨機性和高度非線性，以及其中噪聲場在時間和空間的寬頻低幅和小量級特徵造成了研究其聲源產生機制和聲場輻射規律的主要困難。本項目旨在將格子Boltzmann方法和大渦模擬相結合，對各向同性湍流聲學特性開展。發展適應於該方法的亞格子模型，考察不同亞格子模型預測湍流頻率波數能量譜的能力，並運用直接數值模擬對其進行驗證。採用大渦模擬計算湍流場的Lighthill應力張量，並根據Lighthill聲比擬理論預測湍流誘發的噪聲場，進一步探討湍流對聲場發生和輻射的作用機理，揭示湍流噪聲的發生機制和聲幅射規律。從而為解決工業和國防建設中廣泛存在的湍流噪聲問題提供理論依據，並為複雜的湍流運動模擬提供更有效的數值模型。
結題摘要
流動噪聲問題的研究涉及國民經濟、國防建設和環境保護。目前，人們對湍流噪聲的產生機理和輻射規律缺乏足夠的認識，研究手段和成果正在發展和積累中，降噪減噪的手段有限，因此，理解、預測流動誘發“聲”的能力具有非常重要的意義。湍流噪聲是具有四極子源特性的複雜噪聲源，其研究屬於湍流和聲學理論基礎上的一個前沿領域。為了研究湍流結構與誘導聲場的一般關係，本項目基於LBM並結合Lighthill聲比擬理論，採用直接數值模擬(DNS)和大渦模擬(LES)研究均勻各向同性湍流的誘導噪聲問題，主要研究工作如下： 基於格子Boltzmann方程的大渦模擬對湍流時空關聯性開展研究。提出適應於LBM的一種亞格子尺度模型,根據湍流的三維能譜、湍動能耗散率和其它高階量的統計,該模型比傳統渦黏模型有明顯改進.進而考察了不同亞格子模型預測湍流頻率波數能量譜的能力； 開展高精度格式耗散性、色散性和穩定性的研究。採用LBM方法分別模擬了聲波的輻射、衍射和干涉、以及都卜勒效應等幾個聲學基礎問題。模擬得到的結果與理論解吻合，說明了該方法能正確反映聲波的傳播過程和波動特性，並能較好的預測流動與聲波間的相互作用； 採用LBM-DNS/Lighthill聲比擬混合方法，得到典型的衰減湍流統計量，進而對去衰減化後的流動誘導噪聲信號進行頻譜分析，表明聲能在一定的衰減時間內符合馬赫數五次方律的理論預測； 為了研究均勻各向同性強迫湍流誘導噪聲的頻率特點，建立了隨機和確定性兩種作用力模型以保持湍流脈動場的統計穩態。在兩種作用力驅動下的強迫湍流所對應的聲音信號頻譜在一定頻率範圍內保持一致性。研究了聲源區不同位置聲音傳播的延遲效應，以考察實施LBM-LES/Lighthill聲比擬混合方法時緊緻聲源假設的適用性。 研究了作為聲源項的Lighthill應力張量各部分（高頻部分、可解尺度應力張量和亞格子應力張量）在湍流誘導噪聲中的相對影響和作用。研究表明，高頻部分影響很小可忽略，而不考慮亞格子應力張量的作用將使聲場預測出現較明顯的偏差，應建立合適的模型來反映亞格子Lighthill應力張量對聲場的貢獻。
