計算流體力學與氣動聲學，是一門交叉學科。
基本介紹
- 中文名：計算氣動聲學
- 外文名：CAA
- 基於：計算流體力學與氣動聲學
- 屬性：交叉學科
簡介,發展,
簡介
計算氣動聲學（CAA）是基於計算流體力學與氣動聲學的交叉學科，採用數值計算的方法研究流體與固體邊界間相互作用所產生的噪聲的非定常流動機理，以便對於噪聲的預測與改善提供系統的理論依據。
發展
1952年，Lighthill為計算超音速飛機噴嘴出的氣動噪聲，建立其聲學模擬理論，揭示出聲與流動相互作用的本質，以此奠定了氣動聲學的基礎。Lighthill方程是在自由空間假設下所得到了，只能用於求解固體邊界不起作用的地方。如今工程實際套用中普遍採用基於聲學類比的Lighthill方程的分離計算方法。
隨著試驗技術的不斷提高，研究人員發現流體與固體邊界的相互作用對於聲源的產生有著廣泛的關聯性。例如，湍流中靜止物體發生問題、運動邊界發聲問題等等。而簡單的不考慮邊界影響的Lighthill方程已經不滿足現實流體流動狀況。在Lighthill方程之後，其理論得到不斷發展，1955年，Curle運用基Kirchhoff積分方法將不存在界面的Lighthill方程擴張為流體中存在靜止邊界的方程。結果顯示，固體邊界的作用可以等效於其邊界上分布著偶極子源，且每一點的偶極子源大小等於該點固體表面作用與流體上的力的大小，於是基於這種理論，湍流中固體邊界上所產生的聲場是由偶極子源與四極子源疊加而成。
Curle方程成功的解決了湍流中靜止物體發聲的原理，但未能涉及到運動固體邊界發聲問題。隨著動力機械的快速發展，對於其內部流場分析逐漸成為廣泛關注的焦點。1969年，Ffowcs Williams和Hawkings套用廣義函式法將Curel的理論進一步擴張為能夠考慮運動固體界面的Lighthill方程，即物體在流體中運動發聲問題的FW-H方程。
由於Curle方程以及FW-H 方程都是假定聲源傳播介質是靜止的，考慮到實際套用中多數情況下聲源傳播介質是運動的狀況，1974年，Goldstein採用格林函式的方法拓展了FW-H和Curel方程，研究了均勻運動介質下運動物體的發聲問題。至此，氣動聲學的研究理論已經逐漸成熟，被廣泛套用於工程實際中。
近年來，計算機技術的迅猛發展帶動著計算流體力學（CFD）的快速發展，一些採用試驗方式難以研究的湍流問題能夠很好的得以預測。伴隨CFD技術的發展，基於計算流體力學與氣動聲學的交叉學科計算氣動聲學（CAA）逐漸發展起來。採用數值計算的方法研究流體與固體邊界間相互作用所產生的噪聲的非定常流動機理，以便對於噪聲的預測與改善提供系統的理論依據。
目前，氣動噪聲的研究主要集中於特定條件下簡化模型的研究。1964年Powell提出渦聲理論，認為低馬赫數條件下的等熵絕熱流體，其產生的流體動力場和輻射聲場的基本且唯一的源是渦。渦聲理論很好的簡化了低馬赫條件下氣動聲學模型，使得複雜的物理模型轉變為能夠用以數值計算提供可能。
