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声学空气声学

背景流程与声学字段之间的交互

通过湍流产生声音是与空气声学领域相关的最常见的物理效果。然而，前缀aero意味着空气，但是空气声学不限于空气中的流动诱导的噪声。空气声学涉及背景流程与声学场之间的一般互动。例如，如果您正在研究剪切层的声音的反射或消声器中的流量如何影响传输损失，则会研究空气声学。

空气声学模型可以包括在存在流动存在下改变声场的效果，例如湍流，材料特性，对流，粘性阻尼等局部变化等等。数值求解的气音问题落在计算空气声学（CAA）下落下。

流动诱导的噪声

由流动产生的声学噪声可以通过不同的力学产生，但最终是由于流动的波动。这些波动将导致整个流动的分布声源。流动中的局部压力波动（雷诺应力，粘性应力效应和非熵效应，噪声是由噪声产生的，并且所有作为四极孔来源）;墙壁的压力波动（例如，固体边界处的偶极源）;质量和热波动（例如，分布式单极源）;和外部波动的力场。

声波仅是由流产生的波浪的子集;还生产涡流和热不稳定波。这些特定波仅由流动对象，而声波也相对于流动传播，则在局部声速。与其他波动相比，与声波相关的能量通常更小的数量级。这意味着流量诱导的噪声的直接模拟非常具有挑战性，并且需要极其准确的数字方案。另一个困难是声源以流动的湍流的长度尺度发生，然后需要解决。

声学类比

声学类比方程是分离流量波动的声波动的配方。

这些方程的第一形式源自20世纪50年代J. Lighthill的开创性工作。他的声学类比等式是通过重新排列而获得的Navier-Stokes方程，这导致关于声压的传讯标量波方程和包含所有流源术语的右手侧。

还可以通过以其他方式重新排列流动方程来构造类比等式，导致线性化的欧拉方程或具有右手侧流源的线性化的Navier-Stokes方程。线性化模型在许多空气声学情况下具有很大的适用性，其中流动引起的噪声并不重要。这是找到的流体结构相互作用（FSI）频域中的问题，在建模后台流程如何影响声学（例如，反射和折射），详细的消声器模型等等。

机动学的线性化模型

理想情况下，气动声学模拟涉及在时域中解决完全可压缩的Navier-Stokes方程。然后，声压波将形成流体溶液的子集。然而，由于所需的计算时间和内存资源，这种方法对于真实应用程序通常是不切实际的。

相反，如解决许多实际工程问题，使用了解耦的两步多体验方法：

1. 解决流体流动
2. 解决流量顶部的声学扰动

存在几种模型，包括不同水平的细节和不同的气动声效应。通过线性化在稳态背景流程周围的依赖变量和物理假设来导出这些模型。根据流程，依赖变量现在表示扰动，例如声学和不稳定性波。经典标量波方程，否则被称为频域中的Helmholtz方程，是线性化模型的示例，其没有明确损失和等熵假设。

线性化模型的类型

标量波动方程

在其一般形式中，标量波动方程包括背景流程的声速和密度的依赖性（因为它们都可以在空间上变化）。当对流效应并不重要时，这是一个很好的近似（即，当Mach数量小于0.1时）和热和粘性损耗也可以忽略不计。

热声学

线性化热声学模型涉及材料参数对背景流程的依赖性，以及热和粘性损耗。当马赫数小于0.1时，它们是足够的模型。应用示例是在频域中建模FSI。

线性化潜在流量

线性化潜力流动模型涉及背景电位流和声场之间的相互作用。在这里，除了墙壁上可能的阻抗条件之外，没有模拟损失。例如，线性化电位流可用于从喷气发动机建模声音传播。

线性化欧拉

线性化欧拉楷模可用于计算密度，速度和压力的声学变化，在存在静止的背景平均流量的存在下，其通过理想的气流近似地近似。在其一般形式中，该等式支持声学和非声音波。后者是所谓的不稳定性波（涡旋和熵波）。

线性化的Navier-Stokes

线性化的Navier-Stokes方程用于在存在任何固定等温或非其他热背景平均流量的情况下计算压力，速度和温度的声学变化。如果相关，这些等式包括粘性损耗，热传导和由粘性耗散产生的热量。

声学扰动方程

上述线性化模型有许多变化和修改，用于建模空气声学问题。一个这样的例子是声学扰动方程。这里，通过修改控制方程已经过滤了非声门传播模式，导致纯声问题。

发布时间：2015年9月28日
最后修改：2017年2月21日