Везде

ОЭММПУПрикладная математика и механика Journal of Applied Mathematics and Mechanics

  • ISSN (Print) 0032-8235
  • ISSN (Online) 3034-5758

Численное моделирование кромочного шума с применением метода на основе синтетической турбулентности

Вы можете
Код статьи
10.31857/S0032823524050084-1
DOI
10.31857/S0032823524050084
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Балакирева Н. В.
  • Аффилиация: Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН
Том/ Выпуск
Том 88 / Номер выпуска 5
Страницы
758-777
Аннотация
Представлен подход к численному моделированию широкополосного шума, возбуждаемого турбулентными пульсациями жидкости в присутствии упругого тела, методом на основе синтетической турбулентности. Наиболее распространенные существующие методы решение данной задачи требуют большого объема вычислений, что в случае реальных технических приложений приводит к практически невыполнимым требованиям к вычислительным ресурсам. Сокращение объема вычислений может быть достигнуто для класса задач, в котором реализуется безотрывное обтекание. В представленном методе пульсации скорости генерируются на основе информации об осредненных гидродинамических полях, путем пространственной фильтрации белого шума с заданными корреляционными характеристиками. Метод позволяет локализовать области с наиболее интенсивным шумоизлучением, а также интерпретировать полученный результат, анализируя особенности гидродинамического потока и свойства упругой конструкции. Представлена верификация метода на примере задачи о шумоизлучении фрагмента реальной технической конструкции, обтекаемой потоком жидкости.
Ключевые слова
гидродинамический шум синтетическая турбулентность конечно-элементное моделирование излучение звука
Дата публикации
01.05.2024
Год выхода
2024
Всего подписок
0
Всего просмотров
23

Библиография

  1. 1. Madsen H.A. Low frequency noise from wind turbines mechanisms of generation and its modeling // J. Low Freq. Noise Vibr. Active Control. 2010. V. 29. P. 239–251.
  2. 2. Lighthill, M. On sound generated aerodynamically. I. General theory // Proc. R. Soc. Lond. Ser. A. Math. Phys. Sci. 1952. V. 211. P. 564–587.
  3. 3. Curle N. The influence of solid boundaries upon aerodynamic sound // Proc. R. Soc. Lond. A. 1955. V. 231. P. 505–514.
  4. 4. Howe M.S. Trailing edge noise at low mach numbers // J. of Sound&Vibr. 1999. V. 225(2). P. 211–238.
  5. 5. Ffowcs Williams J.E., Hall L.H. Aerodynamic sound generation by turbulent flow in the vicinity of a scattering half plane // J. of Fluid Mech. 1970. V. 40(4). P. 657–670.
  6. 6. Seol H., Suh J.C., Lee S. Prediction of non-cavitating underwater propeller noise // J. Sound Vibr. 2002. V. 257. P. 131–156.
  7. 7. Копьев В.Ф., Титарев В.А., Беляев И.В. Разработка методологии расчета шума винтов с использованием суперкомпьютеров // Уч. зап. ЦАГИ. 2014. Т. 45(2). С. 78–106,
  8. 8. Kopev V.F., Maslov A.A., Chernyshev S.A. Prop-fan sound field shielding by the fuselage boundary laуеr // DGLR/AIAA Paper 92-02-068. 1992. P. 5.
  9. 9. Salvatore F., Ianniello S. Preliminary results on acoustic modelling of cavitating propellers // Comput. Mech. 2003. V. 32. P. 291–300.
  10. 10. Cianferra M., Armenio V., Ianniello S. Hydroacoustic noise from different geometries // Int. J. Heat Fluid Flow. 2018. V. 70. P. 348–362.
  11. 11. Cianferra M., Ianniello S., Armenio V. Assessment of methodologies for the solution of the Fowcs Williams and Hawkings equation using large-eddy simulations of incompressible single-phase flow around a finite-size square cylinder // J. Sound Vibr. 2019. V. 453. P. 1–24.
  12. 12. Mohsen G., Hassan G., Jalal M. Calculation of sound pressure level of marine propeller in low frequency // J. of Low Freq. Noise, Vibr.&Active Control 2018. V. 37(1). P. 60–73.
  13. 13. Danio J., Vijayakumar R. Numerical study of acoustic characteristics of a marine propeller in non-uniform flow // IEEE, 2020.
  14. 14. Mathey F., Cokljat D., Bertoglio J.P., Sergent E. Specification of LES inlet boundary condition using vortex method // 4th Int. Symp. on Turbulence, Heat&Mass Transfer, Antalya. 2003.
  15. 15. Menter F.R., Garbaruk A., Smirnov P. Scale adaptive simulation with artificial forcing // in: Proc. 3rd Symp. on Hybrid RANS-LES Methods, 2009.
  16. 16. Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Травин А.К, Шур М.Л. Современные подходы к моделированию турбулентности. С.-Пб.: Изд-во Политех. ун-та, 2016.
  17. 17. Суворов А.С., Коротин П.И., Соков Е.М. Метод конечно-элементного моделирования шумоизлучения, генерируемого неоднородностями тел, движущихся в турбулентном потоке жидкости // Акустич. ж. 2018. Т. 64(6). С. 756–757,
  18. 18. Кайнова А.В., Коротин П.И., Соков Е.М., Суворов А.С. Валидация метода конечно-элементного моделирования акустического переизлучения тел, обтекаемых турбулентным потоком жидкости // ПММ. 2019. Т. 83. Вып. 3. С. 384–392.
  19. 19. Суворов А.С., Соков Е.М., Вировлянский А.Л., Еремеев В.О., Балакирева Н.В. Метод конечно-элементного моделирования гидродинамичесского шума, возникающего при обтекании упругих тел // Акустич. ж. 2023. Т. 69(6). С. 713–721.
  20. 20. Kajishima T., Taira K. Computational Fluid Dynamics: Incompressible Turbulent Flows. Cham: Springer, 2017.
  21. 21. Sagaut P., Deck S., Terracol M. Multiscale and Multiresolution Approaches in Turbulence. LES, DES and Hybrid RANS/LES Methods: Applications and Guidelines. London: Imperial College Press, 2013.
  22. 22. Kraichnan R. Diffusion by a random velocity field // Phys. of Fluids. 1970. V. 13(1). P. 22–31.
  23. 23. Karweit M., Blanc-Benon P., Juvé D., Comte-Bellot G. Simulation of the propagation of an acoustic wave through a turbulent velocity field: a study of phase variance // J. Acoust. Soc. Am. 1991. V. 89. P. 52–61.
  24. 24. Béchara W., Bailly C., Candel S.,Lafon P. Stochastic approach to noise modeling for free turbulent flows // AIAA J. 1994. V. 32(3). P. 455–463. https://doi.org/10.2514/ 3.12008
  25. 25. Bailly C., Lafon P., Candel S. Computation of noise generation and propagation for free and confined turbulent flows // Aeroacoustics Conf. Amer. Inst. of Aeronautics and Astronautics, 1996.
  26. 26. Bailly C., Juvé D. A stochastic approach to compute subsonic noise using linearized Euler’s equations // 5th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf.&Exhibit. 1999.
  27. 27. Bailly C., Juvé D. Numerical solution of acoustic propagation problems using linearized Euler equations // AIAA J. 2000. V. 38. P. 22–29.
  28. 28. Billson M., Eriksson L.-E., Davidson L. Jet noise prediction using stochastic turbulence modeling // 9th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf.&Exhibit. 2003.
  29. 29. Billson M., Eriksson L.-E., Davidson L. Jet noise modeling using synthetic anisotropic turbulence // 10th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf. 2004. V. 3.
  30. 30. Careta A., Sagués F., Sanch J., Stochastic generation of homogeneous isotropic turbulence with well-defined spectra // Phys. Rev. E. 1993. V. 48(3). P. 2279–2287.
  31. 31. Ewert R. RPM – the fast Random Particle-Mesh method to realize unsteady turbulent sound sources and velocity fields for CAA applications // 13th AIAA/CEAS 28th AIAA Aeroacoustics Conf. 2007.
  32. 32. Ewert R., Emunds R. CAA slat noise studies applying stochastic sound sources based on solenoidal digital filters // 11th AIAA/CEAS 26th AIAA Aeroacoustics Conf. May 23–25, 2005.
  33. 33. Ewert R. Slat noise trend predictions using caa with stochastic sound sources from a random particle mesh method (RPM) // 12th AIAA/CEAS 27th AIAA Aeroacoustics Conf. May 8–10, 2006.
  34. 34. Ewert R., Dierke J., Neifeld A., Appel C., Siefert M., Kornow O. CAA broadband noise prediction for aeroacoustic design // IUTAM Symp. on Comput. Aero-Acoustics for Aircraft Noise Prediction Conf. Paper August 2011. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2011.04.014
  35. 35. Ewert R., Kornow O., Tester B.J., Powles C.J., Delfs J.W., Rose M. Spectral broadening of jet engine turbine tones // AIAA Pap. 2008-2940. 2008.
  36. 36. Ewert R. Broadband slat noise prediction based on CAA and stochastic sound sources from a Random-Particle Mesh (RPM) method // Computers&Fluids. 2008. V. 37. V. 369–387.
  37. 37. Flying Qualities of Piloted Aircraft. Vol. MIL-STD-1797A. United States Department of Defense. 1990.
  38. 38. de Kármán Th., Leslie H., On the statistical theory of isotropic turbulence // Proc. of the Royal Soc. of London. Ser. A. Math.&Phys. Sci. 1938. V. 164(917). P. 192–215.
  39. 39. von Kármán T., Lin C.C. On the statistical theory of isotropic turbulence // in: Advances in Applied Mechanics / ed. by von Mises R.; von Kármán T. Acad. Press, 1951. P. 1–19.
  40. 40. Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA J. 1994. V. 32(8). P. 1598–1605.
  41. 41. Menter F.R., Sechner R. Best Practice: RANS Turbulence Modeling in Ansys CFD. Ansys Germany GmbH A. Matyushenko, NTS, St. Petersburg, Russia.
  42. 42. Suvorov A.S., Sokov E.M., Artel’nyi P.V. Numerical simulation of acoustic emission using acoustic contact elements. // Acoust. Phys. 2014. V. 60. № 6. P. 694–703.
  43. 43. Suvorov A.S., Artel’nyi V.V., Artel’nyi P.V., V’yushkina I.A., Korotin P.I., Shlemov Y.F. Verification of the numerical model in the problem of studying directional characteristics of sound radiation from inhomogeneous shells // Acoust. Phys. 2018. V. 64. № 2. P. 260–265.
  44. 44. Menter F.R. Best Practice: Scale-Resolving Simulations in ANSYS CFD. ANSYS Germany GmbH A. Matyushenko, NTS, St. Petersburg, Russia.
  45. 45. Суворов А.С., Вьюшкина И.А., Смирнов С.А., Коротин П.И., Балакирева Н.В., Майзель А.Б., Слуцкий Р.Н., Пялов К.Н. Реализация и верификация численного моделирования шумоизлучения движетельного комплекса // Тр. Крыловского гос. науч. центра. № 410.1с, т. 1, С. 70–80. 2024.
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека