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汽车风振噪声机理及研究
2018-09-14 19:36:05· 来源：关青青 AutoAero
风振噪声机理研究
风振噪声数值模拟需要注意两点：①明显的低频特性；②气流的可压缩性。
风振噪声是一种复杂的空腔流激励发声现象，是流体力学、空气动力学、声学等多学科的交叉，主要研究基础是亥姆霍兹共振及空腔流自激振荡。
（1）亥姆霍兹共振：亥姆霍兹共振器是一种最基本的声共振系统，最典型的是一个带有一个开口短管的刚性容器。汽车在侧窗或天窗开启时，车内空间类似于一个亥姆霍兹共振器，具有其基本特性。
亥姆霍兹共振器
空腔内部空气受到外界波动P的强制压缩时，会引起短管内空气段A的振动，而空腔内的空气对其产生恢复力，构成由短管部空气质量和腔体内空气弹性构成的振动系统，这对施加作用的波动会产生共振效应，其固有频率为：
（2）空腔噪声：气流流经空腔时会产生离散和宽频噪声。引起空腔噪声的主要机理有两种：
①压力波反馈机制：空腔开口前缘的湍流边界层在开口处形成不稳定的剪切层，剪切层随来流向下游运动并失去稳定，进而产生漩涡，漩涡脱落并继续向下游运动，当撞击到空腔后壁面时，漩涡会破碎、耗散，产生一个向空腔开口上游扩散的脉动压力波（即反馈压力波），此压力波传播到达空腔开口前缘后会诱发新的漩涡脱落，如此循环振荡形成反馈机制。
空腔噪声反馈机制示意图
②声共振：对于深腔而言，噪声的产生是由于腔口非定常涡脱落诱导的声共振。
简单车厢风振噪声的数值模拟
采用CFD对简单车厢进行模拟研究。
（1）建立几何模型：选择了3.2m*1.4m*1m的简易车厢模型进行仿真分析，车窗开口位于车厢正中央，尺寸为0.1m*0.24m*0.015m，监测点位于车厢底部正中央。
（2）计算域确定与网格划分：为了验证仿真的准确性，将仿真结果和风洞试验结果进行对比，故计算域尺寸应与风洞试验测试时的风洞尺度相当。所采用的简易车厢模型结构非常规则，所以采用六面体网格对其进行网格划分。附面层第一层的厚度为0.1mm，并以1.2的比例逐层生长。
计算域示意图
计算域的纵对称面上的网格分布图
（3）边界条件设置：在进行瞬态计算之前，通常需要先进行稳态计算，并将稳态计算得到的结果作为瞬态计算的初始值。本文选用Reslizablek-ε模型来获得稳态计算。
计算域边界条件设置
（4）仿真结果
来流速度为25m/s时监测点的脉动压力时序图
风振噪声数值模拟需要注意两点：①明显的低频特性；②气流的可压缩性。
风振噪声是一种复杂的空腔流激励发声现象，是流体力学、空气动力学、声学等多学科的交叉，主要研究基础是亥姆霍兹共振及空腔流自激振荡。
（1）亥姆霍兹共振：亥姆霍兹共振器是一种最基本的声共振系统，最典型的是一个带有一个开口短管的刚性容器。汽车在侧窗或天窗开启时，车内空间类似于一个亥姆霍兹共振器，具有其基本特性。
亥姆霍兹共振器
空腔内部空气受到外界波动P的强制压缩时，会引起短管内空气段A的振动，而空腔内的空气对其产生恢复力，构成由短管部空气质量和腔体内空气弹性构成的振动系统，这对施加作用的波动会产生共振效应，其固有频率为：
（2）空腔噪声：气流流经空腔时会产生离散和宽频噪声。引起空腔噪声的主要机理有两种：
①压力波反馈机制：空腔开口前缘的湍流边界层在开口处形成不稳定的剪切层，剪切层随来流向下游运动并失去稳定，进而产生漩涡，漩涡脱落并继续向下游运动，当撞击到空腔后壁面时，漩涡会破碎、耗散，产生一个向空腔开口上游扩散的脉动压力波（即反馈压力波），此压力波传播到达空腔开口前缘后会诱发新的漩涡脱落，如此循环振荡形成反馈机制。
空腔噪声反馈机制示意图
②声共振：对于深腔而言，噪声的产生是由于腔口非定常涡脱落诱导的声共振。
简单车厢风振噪声的数值模拟
采用CFD对简单车厢进行模拟研究。
（1）建立几何模型：选择了3.2m*1.4m*1m的简易车厢模型进行仿真分析，车窗开口位于车厢正中央，尺寸为0.1m*0.24m*0.015m，监测点位于车厢底部正中央。
（2）计算域确定与网格划分：为了验证仿真的准确性，将仿真结果和风洞试验结果进行对比，故计算域尺寸应与风洞试验测试时的风洞尺度相当。所采用的简易车厢模型结构非常规则，所以采用六面体网格对其进行网格划分。附面层第一层的厚度为0.1mm，并以1.2的比例逐层生长。
计算域示意图
计算域的纵对称面上的网格分布图
（3）边界条件设置：在进行瞬态计算之前，通常需要先进行稳态计算，并将稳态计算得到的结果作为瞬态计算的初始值。本文选用Reslizablek-ε模型来获得稳态计算。
计算域边界条件设置
（4）仿真结果
来流速度为25m/s时监测点的脉动压力时序图
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