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汽車風(fēng)振噪聲機(jī)理及研究
2018-09-14 19:36:05· 來(lái)源：關(guān)青青 AutoAero
風(fēng)振噪聲機(jī)理研究
風(fēng)振噪聲數(shù)值模擬需要注意兩點(diǎn)：①明顯的低頻特性；②氣流的可壓縮性。
風(fēng)振噪聲是一種復(fù)雜的空腔流激勵(lì)發(fā)聲現(xiàn)象，是流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)等多學(xué)科的交叉，主要研究基礎(chǔ)是亥姆霍茲共振及空腔流自激振蕩。
（1）亥姆霍茲共振：亥姆霍茲共振器是一種最基本的聲共振系統(tǒng)，最典型的是一個(gè)帶有一個(gè)開口短管的剛性容器。汽車在側(cè)窗或天窗開啟時(shí)，車內(nèi)空間類似于一個(gè)亥姆霍茲共振器，具有其基本特性。
亥姆霍茲共振器
空腔內(nèi)部空氣受到外界波動(dòng)P的強(qiáng)制壓縮時(shí)，會(huì)引起短管內(nèi)空氣段A的振動(dòng)，而空腔內(nèi)的空氣對(duì)其產(chǎn)生恢復(fù)力，構(gòu)成由短管部空氣質(zhì)量和腔體內(nèi)空氣彈性構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)，這對(duì)施加作用的波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生共振效應(yīng)，其固有頻率為：
（2）空腔噪聲：氣流流經(jīng)空腔時(shí)會(huì)產(chǎn)生離散和寬頻噪聲。引起空腔噪聲的主要機(jī)理有兩種：
①壓力波反饋機(jī)制：空腔開口前緣的湍流邊界層在開口處形成不穩(wěn)定的剪切層，剪切層隨來(lái)流向下游運(yùn)動(dòng)并失去穩(wěn)定，進(jìn)而產(chǎn)生漩渦，漩渦脫落并繼續(xù)向下游運(yùn)動(dòng)，當(dāng)撞擊到空腔后壁面時(shí)，漩渦會(huì)破碎、耗散，產(chǎn)生一個(gè)向空腔開口上游擴(kuò)散的脈動(dòng)壓力波（即反饋壓力波），此壓力波傳播到達(dá)空腔開口前緣后會(huì)誘發(fā)新的漩渦脫落，如此循環(huán)振蕩形成反饋機(jī)制。
空腔噪聲反饋機(jī)制示意圖
②聲共振：對(duì)于深腔而言，噪聲的產(chǎn)生是由于腔口非定常渦脫落誘導(dǎo)的聲共振。
簡(jiǎn)單車廂風(fēng)振噪聲的數(shù)值模擬
采用CFD對(duì)簡(jiǎn)單車廂進(jìn)行模擬研究。
（1）建立幾何模型：選擇了3.2m*1.4m*1m的簡(jiǎn)易車廂模型進(jìn)行仿真分析，車窗開口位于車廂正中央，尺寸為0.1m*0.24m*0.015m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于車廂底部正中央。
（2）計(jì)算域確定與網(wǎng)格劃分：為了驗(yàn)證仿真的準(zhǔn)確性，將仿真結(jié)果和風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，故計(jì)算域尺寸應(yīng)與風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試時(shí)的風(fēng)洞尺度相當(dāng)。所采用的簡(jiǎn)易車廂模型結(jié)構(gòu)非常規(guī)則，所以采用六面體網(wǎng)格對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。附面層第一層的厚度為0.1mm，并以1.2的比例逐層生長(zhǎng)。
計(jì)算域示意圖
計(jì)算域的縱對(duì)稱面上的網(wǎng)格分布圖
（3）邊界條件設(shè)置：在進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算之前，通常需要先進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，并將穩(wěn)態(tài)計(jì)算得到的結(jié)果作為瞬態(tài)計(jì)算的初始值。本文選用Reslizablek-ε模型來(lái)獲得穩(wěn)態(tài)計(jì)算。
計(jì)算域邊界條件設(shè)置
（4）仿真結(jié)果
來(lái)流速度為25m/s時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)壓力時(shí)序圖
風(fēng)振噪聲數(shù)值模擬需要注意兩點(diǎn)：①明顯的低頻特性；②氣流的可壓縮性。
風(fēng)振噪聲是一種復(fù)雜的空腔流激勵(lì)發(fā)聲現(xiàn)象，是流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)等多學(xué)科的交叉，主要研究基礎(chǔ)是亥姆霍茲共振及空腔流自激振蕩。
（1）亥姆霍茲共振：亥姆霍茲共振器是一種最基本的聲共振系統(tǒng)，最典型的是一個(gè)帶有一個(gè)開口短管的剛性容器。汽車在側(cè)窗或天窗開啟時(shí)，車內(nèi)空間類似于一個(gè)亥姆霍茲共振器，具有其基本特性。
亥姆霍茲共振器
空腔內(nèi)部空氣受到外界波動(dòng)P的強(qiáng)制壓縮時(shí)，會(huì)引起短管內(nèi)空氣段A的振動(dòng)，而空腔內(nèi)的空氣對(duì)其產(chǎn)生恢復(fù)力，構(gòu)成由短管部空氣質(zhì)量和腔體內(nèi)空氣彈性構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)，這對(duì)施加作用的波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生共振效應(yīng)，其固有頻率為：
（2）空腔噪聲：氣流流經(jīng)空腔時(shí)會(huì)產(chǎn)生離散和寬頻噪聲。引起空腔噪聲的主要機(jī)理有兩種：
①壓力波反饋機(jī)制：空腔開口前緣的湍流邊界層在開口處形成不穩(wěn)定的剪切層，剪切層隨來(lái)流向下游運(yùn)動(dòng)并失去穩(wěn)定，進(jìn)而產(chǎn)生漩渦，漩渦脫落并繼續(xù)向下游運(yùn)動(dòng)，當(dāng)撞擊到空腔后壁面時(shí)，漩渦會(huì)破碎、耗散，產(chǎn)生一個(gè)向空腔開口上游擴(kuò)散的脈動(dòng)壓力波（即反饋壓力波），此壓力波傳播到達(dá)空腔開口前緣后會(huì)誘發(fā)新的漩渦脫落，如此循環(huán)振蕩形成反饋機(jī)制。
空腔噪聲反饋機(jī)制示意圖
②聲共振：對(duì)于深腔而言，噪聲的產(chǎn)生是由于腔口非定常渦脫落誘導(dǎo)的聲共振。
簡(jiǎn)單車廂風(fēng)振噪聲的數(shù)值模擬
采用CFD對(duì)簡(jiǎn)單車廂進(jìn)行模擬研究。
（1）建立幾何模型：選擇了3.2m*1.4m*1m的簡(jiǎn)易車廂模型進(jìn)行仿真分析，車窗開口位于車廂正中央，尺寸為0.1m*0.24m*0.015m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于車廂底部正中央。
（2）計(jì)算域確定與網(wǎng)格劃分：為了驗(yàn)證仿真的準(zhǔn)確性，將仿真結(jié)果和風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，故計(jì)算域尺寸應(yīng)與風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試時(shí)的風(fēng)洞尺度相當(dāng)。所采用的簡(jiǎn)易車廂模型結(jié)構(gòu)非常規(guī)則，所以采用六面體網(wǎng)格對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。附面層第一層的厚度為0.1mm，并以1.2的比例逐層生長(zhǎng)。
計(jì)算域示意圖
計(jì)算域的縱對(duì)稱面上的網(wǎng)格分布圖
（3）邊界條件設(shè)置：在進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算之前，通常需要先進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，并將穩(wěn)態(tài)計(jì)算得到的結(jié)果作為瞬態(tài)計(jì)算的初始值。本文選用Reslizablek-ε模型來(lái)獲得穩(wěn)態(tài)計(jì)算。
計(jì)算域邊界條件設(shè)置
（4）仿真結(jié)果
來(lái)流速度為25m/s時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)壓力時(shí)序圖
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