增强优化格式在声散射问题中的应用

优化差分格式一般用于气动声学和湍流等多尺度问题的数值模拟,这类格式为了获得更精确的数值结果通常牺牲了收敛精度阶数。文献[1]中构造了一种七点模板上最高阶精度格式与优化格式的加权组合格式,该格式达到了最优阶收敛精度,并获得了更好的谱分辨率性质。由于该格式比普通优化格式具有更好的谱分辨率性质,这里称其为增强优化格式。本文将讨论基于不同优化格式构造的增强优化格式,通过线性传播方程的数值测试选取表现相对较好的增强优化格式,然后针对声波散射问题进行数值模拟与分析。结果表明,该格式计算结果与六阶中心紧致格式相近,但所需计算时间更短;此外,增强优化格式为显式格式,因此相比紧致格式更容易处理边界条件以及更容易进行并行计算。

关于气动声学数值计算的方法与进展

气动声学数值计算是近年才出现的研究领域。本文介绍了气动声学数值计算的方法和有关的问题、边界条件的处理以及计算非线性声波的数值方法和进展。讨论了计算气动声学(CAA)的特性及其与计算流体力学(CFD)的差异,指出气动声学数值方法的关键是建立能保持色散关系的差分方程和正确处理无反射边界条件。对于非线性声波传播的问题,为了得到正确的解,应注意提高差分格式对短波的分辨能力,同时发展能抑制“伪”振荡(短波)而对长波基本不起作用的数值方法。

人工选择耗散法抑制数值振荡

通过在差分方程上加一耗散项,根据其系数的选取得到只对短波起作用,而对长波没有影响的人工选择耗散法。数值算例表明该方法具有良好的激波捕获能力和可移植性。得到均匀非对称网格上的人工选择耗散法,并把人工选择耗散法推广到二维问题。

在计算气动声学中用非线性滤波法消除短波

在计算气动声学中,发展能抑制短波而对长波没有影响的方法是一个值得关注的问题.该文探讨了Bj rnEngquist等人提出的非线性滤波法在计算气动声学中的应用.根据一个检验函数,分析了非线性滤波效率与波长的关系;引入了具有TVD性质的非线性滤波法;通过数值算例,说明了保色散关系(DRP)格式与非线性滤波法结合的可行性,表明该方法对于在网格交界面、初始值间断、非线性声波传播等计算气动声学常见情况下产生的短波有很好的抑制作用.

PML边界条件在空腔噪声计算中的应用

通过数值模拟气动噪声对空腔进行外形优化,以达到降低空腔气动噪声的目的。为准确计算流场声压脉动,数值方法采用了大涡模拟(LES)技术,远场边界采用了完全匹配层边界条件(PML),空间格式采用色散相关保持格式(DRP),同时时间格式采用低耗散低色散5级Runge-Kutta(LDDRK5)格式以使得流场耗散和色散最小。通过对三种外形的空腔在来流马赫数0.41时监测点以及脉动流场的分析和判断,采用PML边界条件对内部流场的反射误差很小,可以稳定的吸收出流波动。结果表明,该计算方法可以较好的计算空腔的声压,给出气动噪声最小的最优外形,为空腔降噪优化和气动噪声的计算提供了参考。