Sound generation by two dimensional vortex pair motion and the influence of viscosity
Sound generation by two dimensional vortex pair motion and the influence of viscosity
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二维涡对运动产生的声音及粘度的影响
DOI：
10.1016/j.camwa.2019.04.022
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发表时间：
2019-05
影响因子：
2.9
通讯作者：
Xiao-Peng Chen
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ru-Qian Guo;Xiao-Peng Chen
采用格子Boltzmann方法（LBM）对二维涡旋对（VP）的行为进行了数值研究。分析了涡流引起的气动声学现象。对于自由空间中的同向旋转VP，我们发现前坍缩和后坍缩阶段分别由总环量守恒和粘性扩散控制。我们的数值结果与莱特希尔和莫林的预测是一致的，这是基于测量的数量。另一方面，当在同向旋转VP附近存在壁时，粘性效应在涡运动中起重要作用。涡旋运动依次经历自由旋转、合并和反弹阶段。远场声场随涡旋运动而变化。接下来，我们模拟了一个反向旋转的VP对平面壁的影响。结果表明，声发射与VP的运动轨迹密切相关。同时，二次涡（或三次涡）从边界层脱落是导致涡反弹的主要原因。结果表明，格子玻尔兹曼方法是非常适合描述声音信号的旋涡流。
The behavior of two dimensional vortex pairs (VP), either co-rotating or counter-rotating, are investigated numerically using a lattice Boltzmann method (LBM). The aero-acoustic phenomena induced by vortical flows are analyzed. Regarding the co-rotating VP in free space, we find that the fore-collapse and after-collapse stages are governed by total circulation conservation and viscous diffusion, respectively. Our numerical results are consistent with Lighthill’s and Möhring’s predictions, which are based on measured quantities. On the other hand, when a wall is present near the co-rotating VP, viscous effects play important roles in vortex motion. The vortex motion undergoes freely rotating, merging, and rebounding stages sequentially. The far field sound synchronizes with the vortex motion. Next, we simulate the impact of a counter-rotating VP on a flat wall. It is shown that sound emission relates closely to the trajectory of the VP. Meanwhile, the rebound of the vortex is essentially induced by the shedding of the secondary (or tertiary) vortex from the boundary layer. Based on the results, we show that the lattice Boltzmann method is extremely suitable for describing sound signals from vortical flows.
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