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08.07
一、汽车气动噪声仿真作用以及意义
汽车作为重要的工业产品，随着我国经济的持续发展，拥有量不断增加。车辆噪声是评价车辆性能的重要指标之一，不仅影响乘客乘坐的舒适性，其在车外的传播也会对周围环境产生显著影响。根据相关研究，交通噪声已经成为城市噪声污染的主要来源，其中汽车噪声占据了显著比例。随着车辆性能的提高以及道路条件的改善，车辆速度越来越快，车辆外流场的气动噪声以车速的六次方的速度增长，因此，当车辆的其他噪声得到有效控制之后，车外气动噪声研究的重要性便尤为突出。
为了降低噪声污染，提高环境友好性，车辆气动噪声控制技术将会成为汽车公司的重点研究技术之一。借助MxSim.CFD软件，对车辆外流场进行数值仿真以及气动噪声的预测，可以指导工程师们通过优化车辆设计以及改进制造工艺来减小车外气动噪声。
二、MxSim.CFD软件FW-H气动噪声算法模块
四、基准算例验证
由于汽车行驶属于低速工况（马赫数Ma<<1），FW-H方程中的四极子噪声源项可以忽略，故在算法验证中，只进行单极子和偶极子噪声源基准算例计算。
在均匀流场中，静止单极子噪声源的速度势函数为：
偶极子：
噪声源积分表面网格如图所示，噪声源位于坐标原点处，噪声源表面为半径r=0.2m的球面。
图1 噪声源积分表面网格
声压的时程曲线与解析解的对比如下图所示，计算结果表明，FW-H模块能准确计算均匀流场中的单极子、偶极子噪声源基准算例：
图2 单极子声压时程曲线与解析解对比图
图3 偶极子声压时程曲线与解析解对比图
五、汽车外流场气动噪声预测
汽车外流场气动噪声预测
采用MxSim.CFD流体分析软件，对某汽车模型进行外流场以及气动噪声分析（来流速度为25m/s，汽车模型位于坐标原点），先计算汽车瞬态外流场，在计算过程中保存噪声源数据，再使用FW-H模块进行汽车远场气动噪声预测。
导入计算网格：
图4 汽车外流场算例网格（全流场）
图5 汽车外流场算例网格（局部，边界层部分）
流场计算结果：
图6 沿Z向切面时均流场速度云图
图7 沿Z向切面时均流场压力云图
通过流场计算过程中保存的噪声源表面数据，计算流场中六个观测点的声压信号值，与国外某商业软件的计算结果进行对比，如下图所示（后缀“mx”表示MxSim.CFD计算结果，后缀“ref”表示某商业软件计算结果）：
图8 1，2，3号观测点处声压级对比曲线
图9 4，5，6号观测点处声压级对比曲线
通过声压信号值计算六个观测点处的声压级（Sound Pressure Level，简称SPL，单位分贝（dB）），并以某商业软件的计算结果作为基准进行对比、计算误差：
表1 声压级对比
观测点序号 | SPL-mx /dB | SPL-ref/dB | 误差/% |
1 | 33.58 | 32.72 | 2.6 |
2 | 33.92 | 33.08 | 2.5 |
3 | 35.45 | 34.75 | 2 |
4 | 45.57 | 43.69 | 4.3 |
5 | 45.98 | 44.2 | 4 |
6 | 47.29 | 45.72 | 3.4 |
从对比中可以看出，六个观测点处的声压值在30dB~50dB之间，可以用来评估改车辆以25m/s的速度行驶时对周围环境的噪声影响。MxSim.CFD软件对汽车外流场算例远场噪声信号计算结果与某商业软件计算结果吻合得较好，并且声压级计算结果最高误差为4.7%，结果具有可信度。
六、结论
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