《Aerodynamic Noise: An Introduction for Physicists and Engineers》
《Aerodynamic Noise: An Introduction for Physicists and Engineers》空气动力学噪声：物理学家和工程师的介绍
作者：
Tarit Bose
Ret., Indian Institute of Technology Madras
出版社：Springer
出版时间：2013年
目录
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Sound as a Wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 The Case of a Stretched String . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.1 Perfect Elastic String Under Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 A Stretched String Under Point Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 Aerial Waves in Tubes and Closed Rooms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Relations Between Pressure, Density, and Velocity Fluctuations . . . 14
1.5 Periodic Phenomena .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.6 Probability, Correlations, and Spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.7 Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.8 Examples of Aircraft Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.9 Examples of Vehicular Horns and Whistles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.10 Sounds of Music . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.11 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2 Monopole, Dipole, and Quadrupole Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1 Fluctuating Monopole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.1 Fluctuating Point Mass Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.2 Wave Propagation of a Pulsating Balloon .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.3 SphericalWave Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2 Fluctuating Dipole .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3 Fluctuating Quadrupole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3 Lighthill’s Theory of Aerodynamic Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.1 Lighthill’s Equation of Sound .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2 Lighthill’s Analogy .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.3 Green’s Formulation forWave and Poisson Equation . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.4 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4 Subsonic JetWithout Considering Convection .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.1 Dimensional Analysis by Lighthill . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
xi
xii Contents
4.2 Self and Shear Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.3 Estimation of Jet Noise by Proudman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.4 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5 Subsonic Jet Noise (Including Effect of Convection) .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.1 Doppler Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.2 Experimental Determination of the Convection Velocity . . . . . . . . . . . . 75
5.3 Sound of a Convected Quadrupole.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.4 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
6 Computational Aeroacoustics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.1 Numerical Nondissipative Schemes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.2 Turbulence Flow Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.2.1 Basic Governing Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.2.2 Turbulence Flow Equations .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.2.3 Two-EquationModel .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6.3 Numerical Solution of Acoustic Propagation of Turbulence . . . . . . . . 94
6.3.1 Numerical Solution Through Lighthill’s Analogy .. . . . . . . . . . 94
6.3.2 Kolmogorov Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.3.3 Smagorinsky model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.3.4 Kirchoff Surface Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.3.5 Boundary Conditions .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.4 Various Computational Aeroacoustic Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.4.1 Direct Numerical Simulation and Direct Noise
ComputationMethods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.4.2 Linearized Euler Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.4.3 Limited Numerical Scales Concepts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.4.4 Detached Eddy Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6.4.5 Large Eddy Simulation.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.4.6 Reynolds-Averaged Navier–Stokes Equations . . . . . . . . . . . . . . 116
6.4.7 RANS-LES Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
6.4.8 Aeroelastic-Acoustic Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.5 Propeller Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
6.6 Helicopter Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7 Further Topics in Aerodynamic Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7.1 Supersonic Jet Noise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7.2 Sound at Solid Boundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
7.3 Combustion Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
7.4 Sonic Boom .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
7.5 Measurement Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
7.6 Reduction and Optimization Problems of Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
7.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Contents xiii
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
List of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
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