计算气动声学

计算气动声学（CAA）是基于计算流体力学与气动声学的交叉学科，采用数值计算的方法研究流体与固体边界间相互作用所产生的噪声的非定常流动机理，以便对于噪声的预测与改善提供系统的理论依据。

发展

1952年，Lighthill为计算超音速飞机喷嘴出的气动噪声，建立其声学模拟理论，揭示出声与流动相互作用的本质，以此奠定了气动声学的基础。Lighthill方程是在自由空间假设下所得到了，只能用于求解固体边界不起作用的地方。如今工程实际应用中普遍采用基于声学类比的Lighthill方程的分离计算方法。

随着试验技术的不断提高，研究人员发现流体与固体边界的相互作用对于声源的产生有着广泛的关联性。例如，湍流中静止物体发生问题、运动边界发声问题等等。而简单的不考虑边界影响的Lighthill方程已经不满足现实流体流动状况。在Lighthill方程之后，其理论得到不断发展，1955年，Curle运用基Kirchhoff积分方法将不存在界面的Lighthill方程扩张为流体中存在静止边界的方程。结果显示，固体边界的作用可以等效于其边界上分布着偶极子源，且每一点的偶极子源大小等于该点固体表面作用与流体上的力的大小，于是基于这种理论，湍流中固体边界上所产生的声场是由偶极子源与四极子源叠加而成。

Curle方程成功的解决了湍流中静止物体发声的原理，但未能涉及到运动固体边界发声问题。随着动力机械的快速发展，对于其内部流场分析逐渐成为广泛关注的焦点。1969年，Ffowcs Williams和Hawkings应用广义函数法将Curel的理论进一步扩张为能够考虑运动固体界面的Lighthill方程，即物体在流体中运动发声问题的FW-H方程。

由于Curle方程以及FW-H 方程都是假定声源传播介质是静止的，考虑到实际应用中多数情况下声源传播介质是运动的状况，1974年，Goldstein采用格林函数的方法拓展了FW-H和Curel方程，研究了均匀运动介质下运动物体的发声问题。至此，气动声学的研究理论已经逐渐成熟，被广泛应用于工程实际中。

近年来，计算机技术的迅猛发展带动着计算流体力学（CFD）的快速发展，一些采用试验方式难以研究的湍流问题能够很好的得以预测。伴随CFD技术的发展，基于计算流体力学与气动声学的交叉学科计算气动声学（CAA）逐渐发展起来。采用数值计算的方法研究流体与固体边界间相互作用所产生的噪声的非定常流动机理，以便对于噪声的预测与改善提供系统的理论依据。

目前，气动噪声的研究主要集中于特定条件下简化模型的研究。1964年Powell提出涡声理论，认为低马赫数条件下的等熵绝热流体，其产生的流体动力场和辐射声场的基本且唯一的源是涡。涡声理论很好的简化了低马赫条件下气动声学模型，使得复杂的物理模型转变为能够用以数值计算提供可能。