Моделирование случайных сигналов и полей в задачах вычислительной аэроакустики

• Автор: Боровская, Ирина Анатольевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 95 с. : ил.

Список сокращений
1 Комплекс программ NUANSe для экспресс-анализа сигналов и полей в задачах аэроакустики
1.1 Статистический анализ и распределение
1.2 Физические/акустические характеристики
1.3 Интерполяция и фильтрация сигнала
1.4 Спектральный и корреляционный анализ
1.5 Частотный анализ
1.6 Структура NUANSe
1.6.1 Общие сведения
1.6.2 Входные/выходные данные
1.6.3 Обезразмеривание
1.6.4 Блок-схема комплекса программ NUANSe
2 Стохастические модели возмущений газодинамических переменных
2.1 Одноточечные модели
2.1.1 Описание
2.1.2 Анализ одноточечных моделей
2.2 Модели на основе рандомизированного спектрального метода
2.2.1 Общая схема реализации алгоритма моделирования
пульсаций по заданному спектру
2.2.2 Примеры
2.2.3 Верификация
2.3 Комплекс программ SIGNUM для генерации моделей пульсаций
2.3.1 Общие сведения
2.3.2 Входные/выходные данные
2.3.3 Структура (блок-схема)
2.3.4 Обезразмеривание
3 Примеры использования моделей стохастических сигналов и полей при численном моделировании задач аэроакустики
3.1 Общие замечания
3.1.1 Характеристика комплекса программ ИОІЗЕПе для
расчета аэроакустических задач на неструктурированных сетках
3.1.2 Схема включения стохастических сигналов и полей в
программный комплекс МОІБЕПе
3.2 Использование стохастических моделей в качестве внешнего источника на примере задачи о возбуждении слоя смешения акустическим излучением
3.2.1 Идея
3.2.2 Постановка задачи
3.2.3 Математическая модель
3.2.4 Результаты
3.3 Использование стохастических моделей для задания фонового турбулентного поля на примере задачи о рассеянии акустических волн на турбулентном поле
3.3.1 Идея
3.3.2 Постановка задачи
3.3.3 Математическая модель
Заключение
Приложения
Литература

Актуальность
Задачи аэроакустики важны и актуальны для различных инженерных приложений, промышленности и экологии. Вопросы возникновения и подавления шума, влияние турбулентности на распространение звука в возмущенных средах и другие проблемы возникают в авиастроении (шум двигателей), автомобильной индустрии (звукоизоляция салона, шум от автомобиля) и при разработке бытовой техники, окружающей нас каждый день (фены, кондиционеры).
Чаще всего и наиболее достоверно на данный момент такие задачи решаются при помощи натурного эксперимента. Но, несмотря на очевидные преимущества, физические опыты не дают полной картины происходящих процессов и не всегда могут быть проведены. В сложных физических условиях (крайне низкая или высокая температура или давление) или в труднодоступных местах (резонаторы звукопоглощающих конструкций самолетов) физические эксперименты очень сложны и неоправданно дороги. В таких случаях, для широкого круга задач газовой динамики и аэроакустики, дополнительным инструментарием исследований может стать вычислительный эксперимент.
Численное моделирование задач аэроакустики основывается на уравнениях Навье-Стокса или уравнениях Эйлера, их модификациях и, в том числе, линейных аналогах.
Класс экономичных методов, основанных на осреднении (уравнения Рейнольдса, RANS - Reynolds Averadged Navier Stokes equations) или фильтрации (метод крупных вихрей, LES - Large Eddy Simulation) уравнений Навье-Стокса или уравнений Эйлера, является для задач аэроакустики практически неприменимым, так как подразумеваемое в этих моделях сглаживание решения уничтожает информацию о высокочастотных пульсациях. Поэтому решение задач аэроакустики основывается, как правило, на постановках в рамках прямого численного моделирования (DNS - Direct Numerical Simulation). В то же время, численное решение уравнений НавьеРис. 2.7. Векторное поле скорости (турбулентное поле: "цилиндр").
Рис. 2.8. Линии отмеченных частиц для поля скорости (турбулентное поле: "профиль").
Рис. 2.9. Векторное поле скорости (турбулентное поле: "профиль").