7.10 气动噪声模型
气动噪音的生成和传播可以通过求解可压 NS 方程的方式进行数值模拟。然而与流场
流动的能量相比，声波的能量要小几个数量级，客观上要求气动噪音计算所采用的格式应
有很高的精度，同时从音源到声音测试点划分的网格也要足够精细，因此进行直接模拟对
系统资源的要求很高，而且计算时间也很长。为了弥补直接模拟的这个缺点，可以采用
Lighthill 的声学近似模型，即将声音的产生与传播过程分别进行计算，从而达到加快计算
速度的目的。
FLUENT 中用 Ffowcs Williams 和 Hawkings 提出的 FW-H 方程模拟声音的产生与传播，
这个方程中采用了 Lighthill 的声学近似模型。FLUENT 采用在时间域上积分的办法，在接
收声音的位置上，用两个面积分直接计算声音信号的历史。这些积分可以表达声音模型中
单极子、偶极子和四极子等基本解的分布。积分中需要用到的的流场变量包括压强、速度
分量和音源曲面的密度等等，这些变量的解在时间方向上必须满足一定的精度要求。满足
时间精度要求的解可以通过求解非定常雷诺平均方程（URANS）获得，也可以通过大涡模
拟（LES）或分离涡模拟（DES）获得。音源表面既可以是固体壁面，也可以是流场内部
的一个曲面。噪音的频率范围取决于流场特征、湍流模型和流场计算中的时间尺度。
FLUENT 允许用户选择多重音源曲面、多个声音接收点。可以将音源数据保存起来以
备将来使用，也可以在非定常计算进行过程中还可以随时进行声学计算。计算中得到的声
音压强信号可以用快速 Fourier 变换进行处理，也可以在后处理中计算声音压强的总体水平
和功率谱。
在气动噪音的计算中只能采用分离求解器，并可以计算远场噪音，但是不能计算封闭
空间中的噪音，同时计算中只能使用静止的音源表面，即 FLUENT 中的声学模型可以模拟
静止汽车外部的噪音，而无法模拟汽车内部的噪音。
气动噪声的计算大体上可以分为两大步：首先通过流场计算，求出满足时间精度要求
的各相关变量（压强、速度和密度）在音源曲面上的变化过程；然后利用求出的音源数据
计算声音接收点处的声音压强信号。