Метод конечно-элементного моделирования гидродинамического шума, возникающего при обтекании упругих тел

Суворов А. С.; Соков Е. М.; Вировлянский А. Л.; Еремеев В. О.; Балакирева Н. В.

doi:10.31857/S0320791923600440

Метод конечно-элементного моделирования гидродинамического шума, возникающего при обтекании упругих тел

Авторы: Суворов А.С.¹, Соков Е.М.¹, Вировлянский А.Л.¹, Еремеев В.О.¹, Балакирева Н.В.¹
Учреждения:
1. Институт прикладной физики РАН
Выпуск: Том 69, № 6 (2023)
Страницы: 713-721
Раздел: АКУСТИКА ОКЕАНА. ГИДРОАКУСТИКА
URL: https://journal-vniispk.ru/0320-7919/article/view/233400
DOI: https://doi.org/10.31857/S0320791923600440
EDN: https://elibrary.ru/COYNPT
ID: 233400

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Представлен конечно-элементный метод расчета гидродинамического шума, возбуждаемого турбулентными пульсациями жидкости в присутствии упругого тела. Традиционный подход к решению этой задачи на основе прямого решения уравнения Лайтхилла требует большого объема вычислений. Показано, что ситуация существенно упрощается при расчете компонент шума на относительно низких частотах, которые отвечают длинам волн, превышающим размеры турбулентной области. В этом случае шумовое поле удается выразить через давление турбулентных пульсаций на поверхности упругого тела, найденное в приближении несжимаемой жидкости. Статья подготовлена по материалам доклада, представленного на IX Российской конференции “Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике”, г. Светлогорск, 26 сентября–1 октября 2022 г.

Ключевые слова

гидродинамический шум, конечно-элементное моделирование, излучение звука

Список литературы

Вишняков А.Н., Макашов С.Ю. Метод оптимальной аналитической аппроксимации временных выборок в применении к анализу нестационарных периодических сигналов // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 2. С. 155–164.
Зайцев М.Ю., Копьев В.Ф., Величко С.А., Беляев И.В. Локализация и ранжирование источников шума самолета в летных испытаниях и сравнение с акустическими измерениями крупномасштабной модели крыла // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 2. С. 165–176.
Артельный В.В., Родионов А.А., Стуленков А.В. Повышение частотного разрешения при измерении вибраций вращающихся тел с помощью лазерной виброметрии с неподвижным лучом // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 3. С. 351–356.
Schoder S., Kaltenbacher M. Hybrid aeroacoustic computations: state of art and new achievements // J. Theor. Comput. Acoust. 2019. V. 27. № 4. P. 1950020–1–1950020–33.
Glegg S. and Devenport W. Aeroacoustics of Low Mach Number Flows. Academic Press, London, 2017. 529 p.
Снегирев А.Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений. Санкт-Петербург, 2009. 143 с.
Kajishima T., Taira K. Computational fluid dynamics: Incompressible turbulent flows. Springer, Cham, Switzerland, 2017. 364 p.
Sagaut P., Deck S., Terracol M. Multiscale and multiresolution approaches in turbulence. LES, DES and hybrid RANS/LES methods: applications and guidelines. Imperial College Press, London, 2013.
Lighthill M.J. On sound generated aerodynamically. I. General theory // Proc. R. Soc. Lond. 1952. V. 211(A). P. 564–587.
Ffowcs J.E.W., Hawkings D.L. Sound generation by turbulence and surfaces in arbitrary motion // Proc. R. Soc. Lond. 1969. V. 264(A). P. 321–342.
Howe M.S. Theory of vortex sound. Cambridge U.P., New York, 2003. 216 p.
Ewert R., Schröder W. Acoustic perturbation equations based on flow decomposition via source filtering // J. Comput. Phys. 2003. V. 188. № 2. P. 365–398.
Титарев В.А., Фараносов Г.А., Чернышев С.А., Батраков А.С. Численное моделирование влияния взаимного расположения винта и пилона на шум турбовинтового самолета // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 6. С. 737–751.
Curle N. The influence of solid boundaries upon aerodynamic sound // Proc. R. Soc. Lond. 1955. V. 231(A). P. 505–514.
Oberai A.A., Roknaldin F., Hughes T.J.R. Computational procedures for determining structural-acoustic response due to hydrodynamic sources // Comput. Methods Appl. Mech. Engrg. 2000. V. 190. № 3. P. 345–361.
Суворов А.С., Коротин П.И., Соков Е.М. Метод конечно-элементного моделирования шумоизлучения, генерируемого неоднородностями тел, движущихся в турбулентном потоке жидкости // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 6. С. 756–757.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. М.: Наука, 1987. 248 с.
Oberai A.A., Wang M. Computation of trailing edge noise from an incompressible flow calculation. Center for Turbulence Research: Proc. of the Summer Program 2000. 2000. P. 343–352.
Oberai A.A., Roknaldin F., Hughes T.J.R. Computation of trailing-edge noise due to turbulent flow over an airfoil // AIAA J. 2002. V. 40. № 11. P. 2206–2216.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1976.
Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1974.
Lienhard J.H. Synopsis of lift, drag, and vortex frequency data for rigid circular cylinders. Washington State University College of Engineering Research Division Bulletin 300. 1966. P. 1–32.
Девнин С.И. Аэрогидромеханика плохообтекаемых конструкций: Справочник. Л.: Судостроение, 1983. 320 с.
Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA J. 1994. V. 32. № 8. P. 1598−1605.
Tian X., Ong M.C., Yang J., Myrhaug D. Unsteady RANS simulations of flow around rectangular cylinders with different aspect ratios // Ocean Eng. 2013. V. 58. № 58. P. 208–216.
Wang S., Cheng W., Du R., Wang Y. Unsteady RANS modeling of flow around two-dimensional rectangular cylinders with different side ratios at Reynolds number 6.85 × 105 // Mathematical Problems in Engineering. 2020. V. 2020. № 3. P. 1−13.
Menter F.R., Sechner R. Best Practice: RANS Turbulence Modeling in Ansys CFD. Ansys Germany GmbH. Matyushenko A., NTS, St. Petersburg, Russia.
Roger M., Moreau S. Back-scattering correction and further extensions of Amiet’s trailing-edge noise model. Pt. 1: theory // J. Sound Vib. 2005. V. 286. P. 477–506.
Roger M., Moreau S. Back-scattering correction and further extensions of Amiet’s trailing-edge noise model. Pt. 2: application // J. Sound Vib. 2009. V. 323. P. 397–425.