本研究採數值方法求解，應用 CFD 軟體 FLUENT 做為計算平 台，採κ-ε模式與LES 模式及在不可壓縮條件下，解三維穩態與暫 態 Navier-Stokes equation, 並 利 用 有 限 容 積 法 (finite-volume) 及 SIMPLE 演算法來計算穩態與暫態流場，物理變數定義於每個控制容 積中心做積分而求得，將k−ε 模式所得的結果代入 Curl’s integral 求 解物體表面之偶極聲源分佈。另將k−ε 所得之流場物理變數(壓力、
速度等)做為 LES 模式的初始條件，而採 LES 模式所得的結果代入 FW-H equation 以求解接收處之聲場頻譜。模擬流程如圖 3-1 所示。
圖3-1 模擬流程 決定模型之類型
Pro/E 模型繪製 Gambit 流場域建構網格
格點測試
Fluent 模擬參數設定
暫態流場分析 ε
−
k 紊流流場分析 LES 紊流流場分析
表面聲場分佈
接收點聲場頻譜
3-1 邊界設定
在求解流場相關物理現象前先設定流場域(如圖 2-4)之邊界條 件。本文假設流體為不可壓縮空氣，其各項性質為常數。
流場域之相關邊界條件如下:
1.入口條件:
X=-3D，u=Vin，v=0，w=0
2.出口條件:
X=9D，P=Patm
3.上邊界 Y=7H，右邊界 Z=+4W，左邊界 Z=-3W，速度梯度=0 下邊界 Y=0，u=0，v=0，w=0
3-2 模型網格建構與格點測試
在運用Fluent 求解前，需先將流場域劃分網格。而品質好的網格 可以使計算疊代次數較少，結果也較為準確；相反的，不好的網格品 質會造成數值計算的發散或無法收歛，而網格數目之多寡會影響分析 結果及計算時間。本研究先以 Pro/E 3D 繪圖軟體繪製模型，再匯入 Gambit 前處理軟體構建流場域網格，進行格點測試(Grid independent test) ，由於聲場的產生來自於壓力之擾動，故採用壓力係數 (pressure coefficient)，即Cp值，做為格點測試之依據。測試的格點數目分別為 測試 1：1442,947、測試 2：1524,708、測試 3：1619,276、測試 4：
1760,054、測試 5：1913,706、測試 6：2024,295，結果如圖 3-2 所示，
由圖中可看出當格點數目超過1760054，其Cp值已接近穩定，因此選 定格點數目測試 4 之 1760,054 網格數。網格之分割乃藉由局部劃分 更細的網格區域，將誤差降至最低，如圖3-3 所示。
圖3-2 格點測試
圖3-3 網格建構
3-3 求解暫態紊流流場
邊界條件設定完成後，接下來求解流場物理現象(壓力分佈、速度分佈等)。本文採用 SIMPLE 演算法來計算穩態流場與暫態流場，
直接對控制體積積分，計算過程中各變數的殘值(Residual) 收斂標準 訂為 1.0×10-3，其計算流程如圖 3-4 所示。所有模型的流場模擬均是
=
2
2 1 U
P ρ Δ
先求穩態收斂後，再將所得之物理參數當做暫態求解之初始值，用以 計算暫態之k−ε 模式並啟動邊界層聲源模組。此步驟主要是在計算流 體作用在物體表面上的作用力所造成的偶極聲源，以了解表面之聲場 分佈情形。
圖 3-4 計算流程圖
3-4 接收點之聲場頻譜
在完成k−ε 紊流模式計算紊流流場後，將其結果做為 LES 模式 計算紊流流場之初始條件， LES 模式的暫態模擬先是以時間步階 0.002 秒做為初始的模擬，當監控行李架表面靜壓達到動態穩定(即其 值在平均值之上、下週期振盪)後，如圖 3-5，時間步階逐步調到 5e-06
Update varibles
Solve momentum equations
Solve pressure-correction(continuity)equation Update pressure,face mass flow rate
Solve turbulence equations
Converged?
No
Solve acoustic equations Yes
秒。接下來啟動FW-H 模組計算聲源資料，其時間步階保持不變，每 次時間步階的連續方程式和動量方程式的計算設定均收斂到 1.0×10-3 以下，執行12000 次疊代。疊代完成後，再設定接收點，由於計算所 得之靜壓是時間的函數，因此所設定接收點的暫態壓力變化將進行快 速傅立葉轉換成聲壓頻譜，其單位由Pa 變成 dB。藉由這些聲壓頻譜 將有助於了解不同頻率之噪音分佈情形。本研究設定九個接收點，其 位置及座標如圖3-6 所示。
圖 3-5 動態穩定之監控
圖3-6 接收點位置圖