北斗智库环保管家网讯：随着国内汽车行业设计制造水平的不断提高，不同品牌汽车之间使用性能和安全性能上的差距已经越来越小，乘坐舒适性已成为评价汽车品质的关键因素。其中，汽车噪声水平至关重要，过高的噪声会影响驾驶员和成员的情绪，甚至会导致驾驶员分神，致使交通事故的发生。汽车噪声从噪声源上可分为：传动系噪声、发动机噪声、路面-轮胎噪声、进排气噪声以及气动噪声等。随着其余噪声持续得到控制，气动噪声成为汽车高速行驶时的主要噪声源，影响车辆乘坐舒适性。因此控制汽车风振噪声具有非常现实的意义。

 

　　风振噪声概述

 

　　流场中理想噪声源主要有三种：

 

　　单极子声源：是媒质中流入的质量或热量不均匀时形成的声源。例如发动机进气、排气时产生的噪声。单极子声源的声场，其振幅和相位在球表面的每个点都是相同的，在静止流体中的单极子声源 ，其指向性在各个方向上是均匀的。

 

　　偶极子声源：当流体中有障碍物存在时，流体与物体产生的不稳定的反作用力形成的声源。例如湍流冲击物体表面。偶极子可以看作是另个相互之间十分接近但相位相差180度的单极子。

 

　　四极子声源：媒质中如果没有质量或者热量的注入，也没有障碍物的存在，只有粘滞应力可能辐射声波，会形成四极子声源。四极子可以看作是由两个具有相反相位的偶极子形成的，也可以看作是由四个单极子组成。横向四极子表示剪切应力，纵向四极子表示纵向应力。

 

　　风振噪声是由空气的二维分离流动引起的，其主要声源类型为偶极子声源。它是在汽车行驶过程中，由于侧窗或者天窗打开而产生的。风振噪声的频率低但强度高，人体若长时间处于风振噪声的环境下，很容易产生疲劳感及不愉快感。

 

　　风振噪声机理研究

 

　　风振噪声数值模拟需要注意两点：

 

　　· 明显的低频特性；

 

　　· 气流的可压缩性。

 

　　风振噪声是一种复杂的空腔流激励发声现象，是流体力学、空气动力学、声学等多学科的交叉，主要研究基础是亥姆霍兹共振及空腔流自激振荡。

 

　　01、亥姆霍兹共振

 

　　亥姆霍兹共振器是一种最基本的声共振系统，最典型的是一个带有一个开口短管的刚性容器。汽车在侧窗或天窗开启时，车内空间类似于一个亥姆霍兹共振器，具有其基本特性。

 

　　亥姆霍兹共振器

 

　　空腔内部空气受到外界波动P 的强制压缩时，会引起短管内空气段A 的振动，而空腔内的空气对其产生恢复力，构成由短管部空气质量和腔体内空气弹性构成的振动系统，这对施加作用的波动会产生共振效应，其固有频率为：

 

　　02、空腔噪声

 

　　气流流经空腔时会产生离散和宽频噪声。引起空腔噪声的主要机理有两种：

 

　　· 压力波反馈机制：空腔开口前缘的湍流边界层在开口处形成不稳定的剪切层，剪切层随来流向下游运动并失去稳定，进而产生漩涡，漩涡脱落并继续向下游运动，当撞击到空腔后壁面时，漩涡会破碎、耗散，产生一个向空腔开口上游扩散的脉动压力波（即反馈压力波），此压力波传播到达空腔开口前缘后会诱发新的漩涡脱落，如此循环振荡形成反馈机制。

 

　　空腔噪声反馈机制示意图

 

　　· 声共振：对于深腔而言，噪声的产生是由于腔口非定常涡脱落诱导的声共振。

 

　　简单车厢风振噪声数值模拟

　　采用CFD对简单车厢进行模拟研究。

 

　　01、建立几何模型

 

　　选择了3.2m*1.4m*1m的简易车厢模型进行仿真分析，车窗开口位于车厢正中央，尺寸为0.1m*0.24m*0.015m，监测点位于车厢底部正中央。

 

　　02、计算域确定与网格划分

 

　　为了验证仿真的准确性，将仿真结果和风洞试验结果进行对比，故计算域尺寸应与风洞试验测试时的风洞尺度相当。所采用的简易车厢模型结构非常规则，所以采用六面体网格对其进行网格划分。附面层第一层的厚度为0.1mm，并以1.2的比例逐层生长。

 

　　计算域示意图

 

　　计算域的纵对称面上的网格分布图

 

　　03、边界条件设置

 

　　在进行瞬态计算之前，通常需要先进行稳态计算，并将稳态计算得到的结果作为瞬态计算的初始值。本文选用Reslizablek-ε模型来获得稳态计算。