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An Accurate and Efficient Computational Method for Time-Domain Aeroacoustic Scattering
Journal of Computational Physics ( IF 3.8 ) Pub Date : 2020-04-01 , DOI: 10.1016/j.jcp.2020.109442
Zhao-Huan Wang , Sjoerd W. Rienstra , Chuan-Xing Bi , Barry Koren

This paper presents a convective time-domain equivalent-source method for determining the scattered acoustic pressure field in a uniform moving medium. The proposed method is based on the solution of the time-domain convective Ffowcs Williams–Hawkings (FW–H) equation while the strengths of equivalent sources are determined by the required pressure gradient boundary condition on the scattering surface. The scattered acoustic pressure can be calculated once the strengths of equivalent sources have been determined. The current paper adopts the recently published analytical time-domain formulation for the acoustic pressure gradient in a moving medium to evaluate the incident pressure gradient on the scattering surface. This makes the proposed method considerably more efficient and accurate than a direct method. The total acoustic pressure consists of the scattered and the incident components. The latter can be obtained by the time-domain acoustic pressure formulation of the convective FW–H equation. Causes of possible instability in the proposed method are analyzed and an effective stabilizing method is proposed. Three test cases are considered to demonstrate the validity of the proposed method: a point monopole source field scattered by: (1) a rigid sphere in a stationary medium, (2) an infinite flat plate in uniform flow parallel to its surface, and (3) a cylinder of infinite length in axial uniform flow. To demonstrate the usefulness of the proposed method in practical engineering applications, the scattering of a point monopole source field by a slender wing in uniform flow is considered.



中文翻译:

时域气动声散射的一种精确高效的计算方法

本文提出了一种对流时域等效源法,用于确定均匀运动介质中的散射声压场。该方法基于时域对流Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程的求解,而等效源的强度则取决于散射表面上所需的压力梯度边界条件。一旦确定了等效声源的强度,便可以计算出散射声压。本文采用了最近发布的分析时域公式,用于分析运动介质中的声压梯度,以评估散射表面上的入射压力梯度。这使得所提出的方法比直接方法更加有效和准确。总声压由散射分量和入射分量组成。后者可以通过对流FW–H方程的时域声压公式获得。分析了所提出方法可能不稳定的原因,并提出了一种有效的稳定方法。考虑了三个测试案例以证明该方法的有效性:一个点单极子源场通过以下方式散射:(1)固定介质中的刚性球体;(2)平行于其表面均匀流动的无限平板;以及( 3)无限长的圆柱在轴向均匀流动。为了证明所提出的方法在实际工程应用中的有用性,考虑了细长翼在均匀流动中对单点单极源场的散射。后者可以通过对流FW–H方程的时域声压公式获得。分析了所提出方法可能不稳定的原因,并提出了一种有效的稳定方法。考虑了三个测试案例以证明所提出方法的有效性:一个点单极子源场通过以下方式散射:(1)固定介质中的刚性球体;(2)平行于其表面均匀流动的无限平板;以及( 3)无限长的圆柱在轴向均匀流动。为了证明所提出的方法在实际工程应用中的有用性,考虑了细长翼在均匀流动中对单点单极源场的散射。后者可以通过对流FW–H方程的时域声压公式获得。分析了所提出方法可能不稳定的原因,并提出了一种有效的稳定方法。考虑了三个测试案例以证明该方法的有效性:一个点单极子源场通过以下方式散射:(1)固定介质中的刚性球体;(2)平行于其表面均匀流动的无限平板;以及( 3)无限长的圆柱在轴向均匀流动。为了证明所提出的方法在实际工程应用中的有用性,考虑了细长翼在均匀流动中对单点单极源场的散射。分析了所提出方法可能不稳定的原因,并提出了一种有效的稳定方法。考虑了三个测试案例以证明该方法的有效性:一个点单极子源场通过以下方式散射:(1)固定介质中的刚性球体;(2)平行于其表面均匀流动的无限平板;以及( 3)无限长的圆柱在轴向均匀流动。为了证明所提出的方法在实际工程应用中的有用性,考虑了细长翼在均匀流动中对单点单极源场的散射。分析了所提出方法可能不稳定的原因,并提出了一种有效的稳定方法。考虑了三个测试案例以证明该方法的有效性:一个点单极子源场通过以下方式散射:(1)固定介质中的刚性球体;(2)平行于其表面均匀流动的无限平板;以及( 3)无限长的圆柱在轴向均匀流动。为了证明所提出的方法在实际工程应用中的有用性,考虑了细长翼在均匀流动中对单点单极源场的散射。(2)平行于其表面均匀流动的无限平板,和(3)轴向均匀流动无限长的圆柱体。为了证明所提出的方法在实际工程应用中的有用性,考虑了细长翼在均匀流动中对单点单极源场的散射。(2)平行于其表面均匀流动的无限平板,和(3)轴向均匀流动无限长的圆柱体。为了证明所提出的方法在实际工程应用中的有用性,考虑了细长翼在均匀流动中对单点单极源场的散射。

更新日期:2020-04-01
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