本工作采用了Scale Adaptive Simulation粘性模型和多面體網(wǎng)格。在本研究中，我們將重點(diǎn)放在外窗上，以比較相同場(chǎng)景下的不同角度位置。將反射鏡和底座設(shè)置為源，在車(chē)側(cè)放置13臺(tái)接收機(jī)采集數(shù)據(jù)（圖4）。

圖4 車(chē)輛一側(cè)的位置

為了準(zhǔn)確地捕捉湍流氣流與側(cè)鏡相互作用后的聲學(xué)值，需要一個(gè)隨時(shí)間變化的瞬態(tài)模型。然而，對(duì)于氣動(dòng)力，當(dāng)模擬達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，穩(wěn)態(tài)時(shí)間解可以輸出值。在本文中，瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)模型分別用于輸出所需的聲學(xué)值和氣動(dòng)力。

假設(shè)氣流速度為40 m/s，且存在渦旋，模擬運(yùn)行至0.0825 s。網(wǎng)格細(xì)化過(guò)程對(duì)于獲得準(zhǔn)確的結(jié)果至關(guān)重要，因?yàn)樗砹怂芯坎考某叽?，其中?jì)算了每個(gè)元件在入口和出口的壓力和速度分量。在這項(xiàng)工作中，首先應(yīng)用ANSYS自動(dòng)網(wǎng)格生成器，然后通過(guò)試錯(cuò)法不斷減小網(wǎng)格基尺寸，直到達(dá)到恒定的輸出。殘差的期望值由用戶(hù)設(shè)置，求解器繼續(xù)求解，直到達(dá)到設(shè)置的迭代次數(shù)或殘差值。精細(xì)的網(wǎng)格可以獲得更精確的結(jié)果，但也可能導(dǎo)致較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間。相反，較大的網(wǎng)格大小將產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。

在網(wǎng)格細(xì)化過(guò)程中，ANSYS Fluent首先生成一個(gè)自動(dòng)網(wǎng)格，并運(yùn)行求解器，記錄結(jié)果。然后采用網(wǎng)格定尺法，取鏡面和側(cè)體表面，取50 mm的單元尺寸，然后以5 mm的步長(zhǎng)不斷減小到10 mm。在網(wǎng)格細(xì)化過(guò)程的每一步，都運(yùn)行求解器，并記錄數(shù)據(jù)。圖5顯示的結(jié)果在7n范圍內(nèi)，因此在較小的300×103及以上網(wǎng)格尺寸下結(jié)果是準(zhǔn)確的。由于阻力的數(shù)值與聲學(xué)有關(guān)，因此對(duì)阻力的模擬是充分的。

圖5 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

在設(shè)置階段，網(wǎng)格切換到多面體，從而改變網(wǎng)格尺寸，如表1所示。表2顯示了ANSYS fluent設(shè)置中使用的方法。使用的網(wǎng)格分為9個(gè)區(qū)域，共351,555個(gè)節(jié)點(diǎn)。圖6顯示了案例研究中使用的網(wǎng)格，包括邊緣、面和分區(qū)。圖6中紫色表面為入口，紅色表面為出口，灰色部分為后視鏡和汽車(chē)表面，綠色為研究區(qū)域的邊界。

表1 多面體網(wǎng)格分析和尺寸

表2 ANSYS中流動(dòng)策略

圖6 網(wǎng)格顯示，沒(méi)有外部邊界(上)，有邊界(下)

   04  結(jié)果與分析   

瞬態(tài)仿真得到的結(jié)果為氣動(dòng)聲學(xué)值，穩(wěn)態(tài)仿真得到的結(jié)果為氣動(dòng)力值。結(jié)果由ANSYS求解器輸出并呈現(xiàn)，以便得出側(cè)鏡基座方向的特定值，該值可產(chǎn)生最小的噪聲和空氣動(dòng)力。由于采用傅里葉變換，數(shù)據(jù)數(shù)值較為混亂。因此，在研究的26個(gè)案例中，采用了幾種方法來(lái)確定最佳的基底角位置。例如，由于傅里葉變換產(chǎn)生與頻率相關(guān)的參數(shù)，并且就聲音而言，低頻聲壓級(jí)的大小比高頻噪聲級(jí)的大小更重要。頻率范圍是1 - 1000HZ的聲音可以被人耳捕捉；此外，5到13號(hào)的接收器更重要，因?yàn)樗鼈冸x駕駛員的耳朵更近。

圖7為傅立葉級(jí)數(shù)曲線(xiàn)，為了更好地理解數(shù)據(jù)并能夠輸出結(jié)果，為每條線(xiàn)獲得一個(gè)四階多項(xiàng)式（圖8）。通過(guò)取曲線(xiàn)開(kāi)始處的值，選擇多項(xiàng)式的階數(shù)作為最精確的表示。例如，在78.75?在接收器10的原始結(jié)果開(kāi)始在77.4 dB，當(dāng)應(yīng)用多項(xiàng)式，初始值如下：二階71dB，三階74dB，四階76dB，五階80dB，六階是82dB分貝。這表明第四階是最準(zhǔn)確的表示，因?yàn)楂@得的值最接近原始起始值(誤差1.8%)。數(shù)據(jù)從10 Hz開(kāi)始到910 Hz，但由于未發(fā)展的流動(dòng)分離區(qū)域，前100 Hz以及最后10 Hz被刪除。

得到的結(jié)果顯示聲壓級(jí)幾乎達(dá)到100 dB（圖7），這對(duì)讀者來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)很大的值，但事實(shí)并非如此。雖然聲壓級(jí)是以分貝來(lái)測(cè)量的，但它不同于同樣以分貝來(lái)測(cè)量的聲幅。然而，如果聲音振幅達(dá)到85dB以上，可能會(huì)對(duì)人類(lèi)的耳朵造成永久性損傷。

數(shù)據(jù)顯示，接收器1(圖7)錄得最高聲壓級(jí)值(接近100 dB)，因?yàn)樽羁拷R面，然后最大聲壓級(jí)值像接收器13一樣不斷下降，直到達(dá)到70 dB左右。

圖7 接收機(jī)1在不同鏡底角度下的原始結(jié)果

圖8 接收機(jī)1在不同鏡底角處用四階多項(xiàng)式