Ffowcs Williams-Hawkings 建模准则

Ffowcs Williams-Hawkings 模型使用以下准则。

• 使用足够精细的网格求解噪声源和声波。最好每个波长 20 个网格单元。请参见汽车空气动力学。
• 对于准周期流（例如，风洞中的风扇叶片），使用跨度周期边界条件并为其设置跨距。由于实际情况并非 2D 或周期流，因此所有值均无法提供理想结果。要获得令人满意的合理结果，将计算域的深度设得足够大。如果使用 FW-H 模型进行非稳态流模拟（RANS、DES 或 LES）和预测噪声，则将计算域的深度设为大于或等于声学相关长度。此深度不一定与 LES 和 DES 模拟所需的深度相同。请参见 Ffowcs Williams-Hawkings 模型。
• 结合使用可压缩理想气体 LES 或 DES 建模与 FW-H 模型。在气动声学模拟中，可压缩理想气体模型能够正确地考虑可压缩气体效应和声波速度。
• 对于远场宽带分量，使用 LES 和 DES 建模可准确求解声音产生所需的所有湍流尺度。
• 对于近场到远场中的噪声源和传播，使用高阶离散格式，例如，有界中心差分、混合三阶 MUSCL/CD 或其他低耗散对流格式。
• 对于分离流模型，使用非稳态通量耗散校正属性，尤其是在网格尺寸突然变化（例如，调整切割体网格）时更是如此。

  注	此属性添加了数值耗散，防止网格交界面发生虚假振荡。该区域中存在噪声源且噪声传播到渗透 FW-H 表面，因此不要在其内部应用校正。可以将限制声学 CFL 属性指定为常数、场函数、表或用户程序。如果对限制声学 CFL 使用非常数值，则确保这些值在空间中平滑变化。

• 使用 Min-Mod 限制器 (Eqn. (916)) 作为低耗散梯度限制格式。对于略有瑕疵的网格，使用修改的 Venkatakrishnan 限制器 (Eqn. (917))。
• 使用小到足以求解所用频率的时间步。确保整个或几乎整个域中的库朗数小于 1。
• 指定远场边界条件时，使用以下准则可最大程度减少虚假声反射：
  • 在域的外边界上设置非反射边界条件，使传出干扰可以在不产生虚假反射的情况下退出域。
  • 使用声学抑制区模型改善自由流边界条件的效应。此类边界条件通常用于开放域。
  • 要耗散涡旋结构，使用声学抑制区延伸下游网格。
  • 为避免虚假声反射，除了网格延伸之外，还使用正确的自由流边界以及声学抑制区模型。
• 要判断任何可见的压力波动源自网格交界面还是数值边界：
  1. 留出足够的模拟时间来计算平均压力场 。 $p_{mean}$
  2. 从瞬时压力场 $p\left(t\right)$ 中减去平均压力场以求出压力波动： $p^{\prime }=p\left(t\right)-p_{mean}$ 。
  3. 根据通过计算域存储在衍生部件或截面上的压力场 $p\left(t\right)$ （以 .simh 文件格式保存），对压力场执行表面光谱分析 (Fft:Pressure)。使用几个固定频率（如 2000 Hz、3000 Hz 和 5000 Hz）和足够长的物理时间（通常超过 0.1 s）。
• 要实现统计上的稳态瞬态模拟，使用较长的模拟时间（流通时间的 3 到 4 倍），这样便可先消除初始瞬态。这样可以补偿导出的数据的修剪，从而避免声学数据不足。请参见自动信号修剪。
• 使用恒定的时间步长并将网格设置或物理设置保持不变，以消除瞬变。恒定的 FW-H 求解器时间步与该时间步重合，因此两者的声压数据具有相等的时间步；这样可确保它们由 FFT 进行光谱分析。
• 在非稳态模拟中激活非稳态 FW-H 模型。
• 运行飞行中的 FW-H 或后 FW-H 模拟，为 FFT 和正确的频率求解提供足够的远场压力数据。
• 如果 On-the-Fly FW-H Receiver(飞行中的 FW-H 接收器) 或后 FW-H 接收器节点的声学数据源属性设为流或流+APE，可将渗透 FW-H 表面设为开放的下游，以避免尾流穿过积分表面。为渗透 FW-H 表面选择内部交界面边界时，使其环绕所有湍流噪声源，从而包围湍流的体和大多数能量涡旋结构。

  如果声学数据源属性设为 APE，某些大型涡旋结构可能会穿过渗透 FW-H 表面。声波方程模型预测渗透 FW-H 表面的声信号，然后 FW-H 模型推算从渗透 FW-H 表面到远场的纯声信号，忽略流体动力压力对远场声压的作用。对于流-声反馈耦合（例如空穴噪声）或管道声等声变量与流变量的数量级相同的应用以及在涡旋流穿过渗透 FW-H 表面时，这种分割方法 [52][53][87] 可准确预测远场噪声。