1 前言
噪声源主要有两种构成，振动噪声源和气动噪声源。顾名思义，振动噪声是由结构振动辐射出来的噪声，气动噪声是由流体流动中的湍流引起并传播出来的噪声。在很多应用场景中，了解并掌握气动噪声如何产生以及如何传播对产品的设计有很大意义。比如，下图中汽车风噪声，汽车在高速行驶时后视镜和侧窗区域形成的风噪会传入车内；风机在旋转做功时会切割空气并产生涡流，形成周期性较强的离散噪声和宽频带的涡流噪声；空调管道内流速过快时产生的湍流噪声等。
  
图1. 常见气动噪声源及其传播
在气动噪声的模拟计算中，工程师往往关注以下几点：优化设计的快速性、是否可能在设计前期就进行噪声预测、仿真计算的网格规模、能否有效控制仿真成本、节约计算时间等。
1 气动噪声计算的挑战
众所周知，气动噪声中声压只是流体压力中很小的一部分。拿汽车风噪声举例，100 km/h行驶速度的轿车，动压约为500Pa，而声压仅为0.11Pa（即75dB）；可想而知，我们在通过CFD计算气动噪声时，如同在波涛汹涌的海面（动压）上辨别投石引起的波浪（声压）。
 
图2. 汽车风噪及相关示意图
3 SC/tetra+Actran联合仿真案例
3.1 消声器排气噪声案例
本案例选择某摩托车排气消声器，案例的目的是尽量降低消声器内部产生的气动噪声。下图为采用两种方式计算消声器工作时产生的气动噪声流程
图3 Aero-acoustics及SNGR分析流程
在常规的Aero-Acoustics仿真计算中，第一步是计算一个稳定的CFD流场，目的是为瞬态计算提供初始场，并验证用于模拟的CFD网格是否足够用于气动噪声计算（可查看截止频率）。第二步是运行瞬态流场并尽可能的使结果稳定，常规的做法是监测某点的脉动压力，看是否呈现周期性。最后一步是瞬态流场稳定后，输出用于气动噪声分析的CFD结果。
SC/Tetra的操作步骤与常规的CFD软件操作流程类似，均属于较为经典的操作流程，其先定义边界后自动划分网格的特点也是一大特色：导入模型→定义材料属性→定义边界→划分网格→运行计算→后处理。
CFD的结果选择CGNS格式导出，常规的Aero-Acoustics方法需要进行瞬态模拟，大约需要100个小时时间来完成。它产生的数据量大约是87 GB，因为我们需要生成多个文件来计算声学信息。如果使用SNGR方法，即使用稳态模拟结果，这将大大减少CFD的计算负载。
图4 Actran中计算气动噪声源及声传播云图、曲线
本案例使用混合的方法求解气动噪声，工程师可以从SC/Tetra和Actran中得到很多信息来改善产品的空气动力性能和声学性能。在这个过程中SC/Tetra可以非常有效和准确地完成瞬态流场分析，然后使用SC/Tetra的结果导入Actran中求解气动噪声源和声传播。其可靠的结果可以让工程师在设计阶段更早地改进产品的设计。
3.2 风机气动噪声案例
SC/Tetra求解风机瞬态CFD结果在Actran中转换为噪声源如下。
图5 Actran中风机时域声源
图6 实验与仿真的对比
由此可见，采用SC/tetra+Actran联合仿真模拟的混合方法可以精确的得到风机、管道等气动噪声。 | 
