本文描述在Fluent中使用FW-H声学模型的基本流程。

在Fluent中使用FW-H声学模型计算声音过程主要包括两个步骤。第一步，生成时间精确的流动解，从中获得选定声源表面上相关变量（例如压力，速度和密度等）的时间历程数据。第二步，使用第一步中收集的声源数据计算用户指定的接收器位置处的声压信号。

注：在模型具有单个运动参考系的情况下也可以将FW-H模型用于稳态仿真。此时利用FW-H积分计算由于声源运动引起的厚度噪声和负载噪声。

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在使用FW-H积分方法计算声压时，Fluent使用所谓的“forward-time projection”方法来考虑发射时间（从声源发出声音的时间）与接收时间（声音到达接收器位置的时间）之间的时间延迟。forward-time projection方法可以在瞬态流动求解的同时“实时”计算声音，而无需保存声源数据。

在本文中，首先描述建立和使用FW-H声学模型的过程，之后详细介绍其中涉及的每个步骤。这里仅讨论与声学建模有关的步骤。有关与FWH声学模型一起使用的其他模型相关输入的信息，请参阅这些模型的相应部分。

在Fluent中使用FW-H声学计算的一般流程包括：

• 计算得到收敛的流场分布。对于瞬态问题，运行瞬态求解器知道获取一个“统计稳态”的计算结果
• 利用模型树节点Setup → Models → Acoustics激活FW-H声学模型并设置相关的模型参数
• 指定声源表面，并设置与声源数据获取和保存相关的参数。对于稳态问题，指定旋转面为声源面
• 指定接收器的位置坐标
• 计算足够长时间，并保存声源数据（仅用于瞬态问题）
• 利用模型树节点**Solution →   Run Calculation → Acoustic Signals...**计算并保存声压信号
• 对声压信号数据进行后处理

注：在为瞬态情况进行声学计算之前，应先运行Fluent瞬态求解器，直到瞬态流场变得“统计稳定”。这意味着所考虑的非稳定流场（包括所有主要流动变量）已经完全发展，其统计量不随时间变化。可以通过监视计算域中选定点的主要流动变量来确定计算结果是否达到稳定。

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如前所述，URANS，LES和混合RANS-LES模型都可以用于瞬态流动计算。对于固定的声源表面，在接收器处听到的由空气动力学产生的声音的频率在很大程度上取决于流动的时间尺度或频率。因此确定瞬态计算时间步长的一种方法是使其足够小，以求解模型中采用的网格和湍流可以再现的最小流动特征时间尺度。

一旦获得了统计上稳定的流场结果，便可以准备获取声源数据。

1 激活FW-H声学模型

• 鼠标右键选择模型树节点Setup → Models → Acoustics，点击弹出菜单项Edit…可打开模型设置对话框，如下图所示，激活选项Ffowcs-Williams & Hawkings即可激活FWH模型

1.1 设置模型常数

在Models Constants中设置FWH模型计算所需的各种常数。

• Far-Field Density。指定远场流体密度，对应理论模型中的
• Far-Field Sound Speed。指定远场声速，对应理论模型中的，其计算公式为
• Free Stream Velocity及Free Stream Direction。当考虑Convective Effects时，需要设置这两个参数，指定自由流速度与方向。当考虑外流噪声时通常需要激活对流效应选项。
• Reference Acoustic Pressure。参考声压，对应理论模型中的，用于计算声压级，默认值为 Pa
• Number of Time Steps Per Revolution。仅适用于具有单个运动参考系的稳态问题。在这里指定旋转区域完成一圈所需的等效时间步数
• Source Correlation Length。当要使用2D流动结果计算声音时需要设置此参数。将使用相同的声源数据在深度方向上利用此长度值进行FW-H积分

默认值适用于在大气压力和温度下声音在空气中的传播。

1.2 实时计算声音

Fluent中的FW-H声学模型可以在指定的接收器处即时执行声压信号的计算，而无需将源数据写入文件，这可以节省上大量的磁盘存储空间。要启用这种“即时”声音计算，请启用Acoustics Model对话框中的Compute Acoustic Signals Simultaneously选项。

重要：由于与瞬态流动计算相比，噪声计算占用的内存和计算时间微不足道，因此可以单独使用此选项，也可以将其与声源数据文件导出和声音计算过程一起使用。对于后者，“即时”计算声信号可以查看信号何时在统计上变得稳定，以便知道何时停止仿真。

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启用**Compute Acoustic Signals Simultaneously **选项时，Fluent控制台窗口将在每个时间步结束时打印一条消息，指示已计算出声压信号（例如，在x个接收器位置处计算声信号...，其中x是指定的接收器数量）。启用此选项将指示Fluent在每个时间步长的末尾计算声压信号，这可能会稍微增加计算时间。

重要：仅当启用FW-H声学模型时，此选项才可用。

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1.3 输出声源数据

尽管“即时声学计算”功能是一项便捷的功能，但有时也希望保存声源数据，因为在瞬态流场计算过程中采集声源数据是声学计算中最耗时的部分，并且用户很可能不想将其丢弃。通过保存声源源数据，用户始终可以重复使用它来在新的或其他接收器位置上计算声压信号。

要将声源数据保存到文件中，请启用Export Acoustic Source Data in ASD Format 或Export Acoustic Source Data in CGNS Format选项，或两者一起使用。当选择选项后，所选声源面的所有面网格上的相关声源数据将被写入到指定的文件中。声源数据会因用户选择的求解器选项以及声源表面是否为壁面而有所不同，如下表所示。

1、不启动FW-H模型导出声源数据：以ASD格式导出

用户可以在不启动FW-H模型的情况下导出声源数据以用于SYSNOISE。此时仍需要指定声源面，因为SYSNOISE要求.index和.asd文件。此外如果要导出四极子声源，可以选择流体区域作为声源。要选择流体区域作为声源，需要使用TUI命令：

Creating variables for 20 modes from 40.5983 Hz to 466.88 Hz every 22.4359 Hz.
f( 0) = 40.5983 Hz     f( 1) = 63.0342 Hz
f( 2) = 85.4701 Hz     f( 3) = 107.906 Hz
f( 4) = 130.342 Hz     f( 5) = 152.778 Hz
f( 6) = 175.214 Hz     f( 7) = 197.65 Hz
f( 8) = 220.085 Hz     f( 9) = 242.521 Hz
f(10) = 264.957 Hz     f(11) = 287.393 Hz
f(12) = 309.829 Hz     f(13) = 332.265 Hz
f(14) = 354.701 Hz     f(15) = 377.137 Hz
f(16) = 399.573 Hz     f(17) = 422.009 Hz
f(18) = 444.444 Hz     f(19) = 466.88 Hz
 
Variables for frequencies above 466.88 Hz are not created,
because the limit of 20 modes has been reached.

Write CGNS Files选项卡如图所示。此选项卡允许通过在Processed Source Zones列表中选择要导出到CGNS的区域。可以通过启用Reduce  Frequency  Series选项并指定频率范围（最小和最大频率）以及频率步进（跳过整数字段的频率数）来减少导出的频谱数据。后者必须小心使用，而且只有在真正需要时才使用，因为宽带噪声频谱中的傅里叶幅值取决于频率分辨率。通过跳过输出频谱中的频率（例如，每隔一个傅立叶模式导出），将人为地使频率分辨率变粗。但是输出的幅值不会自动针对增加的频率步长重新缩放，而是保留其最初计算的值。

从scale-resolving流动模拟结果导出的压力谱可能包含数千个频率。当其与细密的网格一起使用时可能会导致要导出大量的数据。存储完整光谱场所需的磁盘空间的总大小大约等于包含壁面压力历史记录的ASD文件的总大小。因此，根据每个文件场的频率数目，将壁面压力谱写入一系列CGNS文件中。建议为此参数选择适当的值，以避免输出文件过大或过小。频谱中的总频率可在Compute FFT Fields选项卡的Number of Modes文本框中看到。

最后可以在文件名输入框中为导出的CGNS文件指定一个文件名，然后单击Write按钮输出到CGNS文件。

重要提示：

• 不要将相对路径指定为文件名的一部分。如果这样做的话，所有文件都将根据指定的路径导出到所需的文件夹中。但是，在第一个CGNS文件中写入的CGNS链接也将包括指定的路径。因此，链接的CGNS文件只有在相应的文件重新定位后才变为可读。

• 用于在Fluent和ANSYS  Mechanical中处理CGNS文件的公共域CGNS库在Windows上运行时存在性能问题。也就是说，对于具有许多链接的CGNS文件，如果CGNS文件位于网络磁盘上，则输入/输出操作可能非常慢。因此，对于Windows，强烈建议选择内置本地磁盘或直接连接到计算机的USB磁盘作为CGNS文件的位置。此警告涉及从Fluent导出CGNS文件及其在ANSYS  Mechanical中的导入。

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