【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算气动声学，尤其涉及基于lighthill声类比的气动声学频域求解方法。
技术介绍
1、lighthill声类比理论，在气动声学领域具有重要的意义和应用价值，极大地简化了流致噪声理论的物理模型，在工程上获得了广泛的应用，此外，频域法作为计算声学中最常用的方法，当今很多商业软件采用声学有限元的方法来求解频域上的波动方程，实现声传播的计算，lighthill声类比理论在气动声学理论方法方面占据绝对的主导地位，是指导降噪设计的基本理论，在各类问题上都有广泛的应用。
2、经检索，专利号为cn202211507962.7的中国专利，公开了基于平面piv的预测指定声源远场流致噪声的方法，其基于curle声类比方法求得远场声噪，进而通过二维piv测量得到指定声源考虑三维效应的流致噪声信息；
3、专利号为zlcn202110293811.5的中国专利，公开了一种高海拔环境下离心风机气动噪声预测方法，其基于计算流体力学方法，通过声类比方法求解风机噪声波动方程，并对输出的声压数据进行快速傅里叶变换，以预测高海拔环境下离心风机气动噪声；
4、专利号为zl cn202210315524.4的中国专利，公开了一种风噪声声源的识别方法，其对汽车和风洞模型建立流体域分析网格，进行稳态、瞬态计算，通过lighthill声类比方法对瞬态结果进行声源构建。
5、然而，curle声类比是目前广泛用于声学分析和预测的声类比方法，它是基于lighthill类比的积分形式的声类比模型。它通过将流场中的扰动源视
6、curle声类比相对于lighthill声类比的劣势主要体现在以下几个方面：
7、(1)精确度：lighthill声类比是基于流体力学原理和声学方程的严格推导，因此在描述声波传播和相互作用过程时具有较高的精确度。而curle声类比是一种基于经验公式和经验参数的近似模型，其精度受限于准确描述声源的计算结果，源项通常是通过进行计算流体力学(cfd)模拟来获得的，并不一定能够准确地表示声压波动。这会导致声源的计算结果不够精确。
8、(2)适用范围：lighthill声类比适用于较为复杂的声波传播和相互作用问题，包括高速气体流动中的声波辐射、声波传播和声学散射等。而curle声类比主要适用于较简单的声波传播问题，例如低速流动中的声波传播。
9、(3)计算复杂性：lighthill声类比的推导和计算过程相对较为复杂，需要涉及流体力学和声学的专业知识和数值计算方法。而curle声类比是一种简化模型，计算过程相对简单，更容易实现和应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的基于lighthill声类比的气动声学频域求解方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种基于lighthill声类比的气动声学频域求解方法，包括以下步骤：
4、步骤1：基于lighthill声类比，使用非定常流动分析来计算气动声源，得到声源的时域分布；
5、步骤2：推导lighthill声类比的变分形式；
6、步骤3：对声源做傅里叶变换，得到声源的频域分布；
7、步骤4：频率下声源项通过有限差值离散成向量组装的形式。
8、进一步地，在步骤1中，具体步骤为：
9、控制流体在没有外力作用下的运动的质量和动量守恒方程：
10、
11、
12、其中是ρ流体密度，v是速度，p是压力，τ是粘性应力张量；
13、通过将方程(1)和方程(2)结合起来，可以得到lighthill的类比公式如下：
14、
15、其中，ρ0表示静止状态下的密度，a0表示静止状态下的声速，t是lighthill张量，定义为：
16、
17、进一步地，所述在步骤1中，对于像空气这样的斯托克斯完美气体，在等熵、高雷诺数和低马赫数流动条件下，lighthill张量t可以近似表示为：
18、
19、在远离源区域，ρ-ρ0密度波动对应声密度波动；
20、将方程(3)重新写为，
21、
22、其中ρa＝ρ-ρ0。
23、进一步地，在步骤2中，具体变分形式具体为：
24、具体方式为：
25、将公式(3)的强变分形式写为：
26、
27、其中δρ是一个测试函数；
28、使用格林定理对空间导数进行部分积分，得到弱变分形式：
29、
30、通过在表面积分中用公式(4)右侧的tij代替，公式(8)变为：
31、
32、公式(9)的右侧是与弱变分问题相关的自然边界条件。
33、进一步地，在步骤2中，lighthill类比的变分表述，具体为：
34、根据动量守恒方程(2)可得：
35、
36、将公式(9)最终简化为：
37、
38、其中，不考虑面声源项，左端第三项为体声源项。
39、进一步地，步骤3的具体方式为：
40、对于声网格中的空间坐标(x，y，z)，将其转换为频域中的空间波函数(kx，ky，kz)，可通过以下公式计算：
41、
42、其中，nx，ny，nz是声网格中的离散空间坐标，lx，ly，lz是声网格的尺寸；
43、对于每个空间波数(kx，ky，kz)，对时间信号f(x，y，z，t)进行傅里叶变换，得到频率域中的复节点声源，使用以下公式计算：
44、f(kx，ky，kz，w)＝∫∫∫f(x，y，z，t)e-i(wt-kxx-kyy-kzz)dxdydzdt(13)
45、通过计算空间和时间上的傅里叶变换，得到瞬态节点声源数据集的频率域表示，即复节点声源。
46、进一步地，步骤4对声源向量组装的具体方式为：
47、公式(11)转化到频域下可写作：
48、
49、以在频域内考虑谐波扰动为例，扰动量p可以写为：
50、
51、则代入lighthill类比方程(6)中可以得到：
52、
53、其中k＝ω/a0是声波数；
54、方程(16)表明，在频域计算中使用lighthill类比需要对源项中的t进行傅立叶变换，在频域中，乘积vivj变为卷积：t的每个频率分量因此是v的所有频率分量的函数；
55、令则公式(13)在频域内的弱变分形式：
56、
57、对每个δρ∈h1成立。其中h1为sobolev空间，定义为
58、
59、l2是平方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于Lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于Lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，在步骤1中，具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的基于Lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，所述在步骤1中，对于像空气这样的斯托克斯完美气体，在等熵、高雷诺数和低马赫数流动条件下，Lighthill张量T可以近似表示为：
4.根据权利要求3所述的基于Lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，在步骤2中，具体变分形式具体为：
5.根据权利要求4所述的基于Lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，在步骤2中，Lighthill类比的变分表述，具体为：
6.根据权利要求5所述的基于Lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，步骤3的具体方式为：
7.根据权利要求6所述的基于Lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，步骤4对声源向量组装的具体方式为：p>
8.根据权利要求7所述的基于Lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，在步骤4中，通过进行谐波分析，可以计算出声源中存在的特定频率分量的声辐射，能够得到了计算域中每个节点处的复杂声压，其中，为了推导实现的谐波公式，对(18)中的半离散伽辽金公式应用傅里叶变换，具体方式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，在步骤1中，具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的基于lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，所述在步骤1中，对于像空气这样的斯托克斯完美气体，在等熵、高雷诺数和低马赫数流动条件下，lighthill张量t可以近似表示为：
4.根据权利要求3所述的基于lighthill声类比的气动声学频域求解方法，其特征在于，在步骤2中，具体变分形式具体为：
5.根据权利要求4所述的基于lighthill声类比的气动...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁从敏，闻轶凡，
申请(专利权)人：上海慕灿信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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