气动声学——技术与生物应用中流致声产生的理论与方法

流动不稳定性、波传播现象以及结构相互作用是“流动声学”（亦称“气动声学”）领域的当前热点。假设基于经典力学理论，气动声学应用由守恒方程与合适的材料模型进行建模。具体而言，连续性方程、Navier-Stokes 方程、能量守恒方程与 Navier 方程相互耦合。根据应用领域的不同（例如，相对于声速较慢的流速），进一步的假设可以大幅简化计算。根据物理精度与计算效率对模型进行系统性推导，使我们能够根据精度、适用性与计算开销将计算气动声学模型归类为一个模型层级。在最简单的情况下，流动声学由尺度模型（class 1）形式的解析模型描述，如 Lighthill 八次方定律或用于技术声发射的 VDI 2081 与 VDI 3731 方法。class 2 模型（例如 Sharland、Költzsch、随机噪声产生与辐射、随机粒子网格法）允许引入基于经验的经验因子（如风扇噪声），并允许对声音进行预测。class 3 模型对流动、声学与结构进行数值解耦。因此，该类模型描述了从含较高能量的流场到声场的纯正向耦合。最后，为数值求解完整的流-固-声相互作用，以耦合方式求解场方程（class 4）。class 4 模型的特点是计算开销高且在物理上最具一般性，但面临相当大的数值挑战。