基于CFD的氣動噪聲數(shù)值模擬的開題報告一、選題背景及意義隨著航空、汽車、軌道交通等運輸工具的不斷發(fā)展，氣動噪聲日益成為一個重要的研究領(lǐng)域。目前，氣動噪聲的研究主要依靠實驗和數(shù)值模擬。雖然實驗方法可以獲得高精度的數(shù)據(jù)，但是其過程繁瑣、費用昂貴，并且在某些情況下取得數(shù)據(jù)不完全準(zhǔn)確。而數(shù)值模擬可以通過計算機(jī)模擬氣動流場，預(yù)測出運動物體產(chǎn)生的氣動噪聲，具有成本低、速度快、效果好等優(yōu)點，因此受到越來越多研究者的關(guān)注。本研究重點研究基于CFD（ComputationalFluidDynamics）的氣動噪聲數(shù)值模擬方法，該方法通過對氣體流動的數(shù)值模擬，實現(xiàn)氣動噪聲預(yù)測。研究的意義在于提高氣動噪聲預(yù)測的準(zhǔn)確度，為航空、汽車、軌道交通等工業(yè)領(lǐng)域提供更好的氣動噪聲控制方案。二、研究內(nèi)容1.就目前市場的主流數(shù)值模擬軟件進(jìn)行分析與比較，并選擇合適的數(shù)值模擬軟件作為研究工具；2.建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計求解過程，對于氣體在流動過程中的渦旋、湍流等復(fù)雜行為特征進(jìn)行描述，并將氣體流動的動力學(xué)特征與氣動噪聲的物理機(jī)制相結(jié)合，從而預(yù)測氣動噪聲的分布規(guī)律；3.針對航空、汽車、軌道交通等運輸工具產(chǎn)生的氣動噪聲進(jìn)行數(shù)值模擬，對氣動噪聲的產(chǎn)生機(jī)理、傳播特點及控制手段等作出分析；4.綜合實驗驗證，在不同流場條件下，對數(shù)值預(yù)測結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的比較，提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，為分析預(yù)測氣動噪聲提供參考。三、研究方法和技術(shù)路線1.分析目前市場主流的數(shù)值模擬軟件進(jìn)行比較，選擇合適的數(shù)值模擬軟件作為研究工具；2.建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用有限體積法或有限元法等數(shù)值方法求解氣體的流動學(xué)問題，將求解的結(jié)果反映到氣動噪聲的產(chǎn)生機(jī)理以及傳播特點中；3.運用數(shù)值模擬軟件，對不同流量條件下的氣動噪聲進(jìn)行數(shù)值模擬，得出氣動噪聲的預(yù)測結(jié)果；4.利用激振試驗等實驗方法，對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗證，提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性；5.對氣動噪聲數(shù)值模擬方法進(jìn)行總結(jié)、分析和綜合，結(jié)合實驗結(jié)果，為航空、汽車、軌道交通等運輸工具提供氣動噪聲控制手段。四、預(yù)期研究結(jié)果本研究將持續(xù)幾年時間，預(yù)計完成以下方面的研究任務(wù)：1.分析氣體在流動過程中的動力學(xué)特征，結(jié)合氣動噪聲的物理機(jī)制，建立基于CFD的氣動噪聲預(yù)測模型；2.對氣動噪聲的產(chǎn)生、傳播進(jìn)行研究，對航空、汽車、軌道交通等領(lǐng)域產(chǎn)生的氣動噪聲的控制措施進(jìn)行總結(jié)和綜合；3.首先利用數(shù)值模擬的方法，在不同流量條件下進(jìn)行氣動噪聲的預(yù)測，然后結(jié)合實驗數(shù)據(jù)對數(shù)值預(yù)測結(jié)果進(jìn)行驗證，提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。五、存在的問題和解決措施研究中存在的問題主要有以下兩點：1.多物理場耦合問題：氣動噪聲問題與流體力學(xué)、聲學(xué)、振動力學(xué)等多個物理場密切相關(guān)，要求在數(shù)值模擬中進(jìn)行多物理場的耦合求解，這會增加數(shù)值模擬的計算量和復(fù)雜度。解決措施：采用網(wǎng)格劃分，利用有限體積法或有限元法等數(shù)值方法對氣流進(jìn)行求解，在模型準(zhǔn)確描述氣流的情況下，結(jié)合聲學(xué)、振動力學(xué)等其他物理場對噪聲預(yù)測結(jié)果進(jìn)行計算，從而得出耦合求解結(jié)果。2.實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性：氣動噪聲的實驗測試需要采用特殊的測量設(shè)備，實驗難度大，且測試結(jié)果的不確定性較大，容易導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果之間出現(xiàn)偏差。解決措施：采用多種實驗方法，比較實