计算气动声学(CAA)是多物理场建模与模拟领域中一个至关重要的分支,它专注于识别流体流动所诱发的噪声源,并追踪这些噪声源随后产生的声波传播过程。这一现象广泛存在于钝体绕流、汽车及飞机部件的湍流边界层流动、自由射流、射流碰撞、排气噪声以及爆炸引发的冲击波等场景中。在相关位置处,噪声特征表现为特定的噪声谱,即在某一频率范围内具有特定的声压级强度。
噪声特性呈现多样化,既可以是在某个频率上形成显著峰值的纯音噪声,如发动机噪声、射流碰撞噪声或噪声、振动与声振粗糙度(NVH),也可以是分布在较宽频率范围内的宽带噪声,这是湍流诱导噪声的典型特征。在采用计算方法对噪声产生进行建模时,必须精确捕捉与声学分析紧密相关的噪声源及其频率特性。
在实际操作中,常用的计算方法包括:大涡模拟(LES)或分离涡模拟(DES),用于预测近场噪声;声波方程、线性欧拉方程(LEE)或声扰动方程(APE),用于预测中场噪声;以及Ffowcs Williams-Hawkings(FWH)方程,用于预测远场噪声。这些方法共同构成了计算气动声学领域强大的工具箱,为深入理解和控制流体流动引发的噪声问题提供了有力支持。