空調(diào)噪聲模擬案例

FFT–ACTRANACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用李奇博士ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡(jiǎn)介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用FreeFieldTechnologiesLocationsSomeofourAerospaceCustomersSomeofourAutomotiveCustomersSomeOtherReferencesTheACTRANsoftwaresuiteACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRANAcousticsExhaustMufflerDiffractionw/flowPowertrainRadiationACTRANVibroAcoustics振動(dòng)聲學(xué)仿真工具Actran/Acoustics+astandardstructuralsolver結(jié)構(gòu)與聲學(xué)的求解完全耦合豐富的有限單元與材料庫(kù):聲學(xué)有限元與無(wú)限元粘彈性梁?jiǎn)卧卧c實(shí)體單元復(fù)合材料單元、薄殼單元，允許考慮預(yù)應(yīng)力作用(*)多孔與多孔彈性單元壓電材料單元，支持換能器、聲納與噪聲主動(dòng)控制模擬(*)真實(shí)的激勵(lì)方式:聲學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)態(tài)激勵(lì)隨機(jī)激勵(lì)：湍流邊界層、擴(kuò)散聲場(chǎng)、δ相關(guān)激勵(lì)，得到平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、包絡(luò)等LoudspeakerSidewindowtransmissionMufflerRadiationACTRANAeroAcoustics寬帶流致噪聲仿真工具特性：支持大多數(shù)的CFD軟件，并經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；Lightill聲類比、M?hring聲類比；在有限元網(wǎng)格上可以定義邊界條件：任何邊界條件都可使用!!!這是與其他處理方法(如Curle,FWHorBEM)相比，最大的區(qū)別！可以與VibroAcoustics聯(lián)合計(jì)算客戶：

Daimler,BMW,VW,Delphi,Visteon,JohnDeere,Brothers,PSA...風(fēng)扇噪聲空調(diào)管道與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較ACTRANVIACTRAN各模塊的前后處理器利用其他CAE工具創(chuàng)建的網(wǎng)格，建立ACTRAN分析模型提供腳本化語(yǔ)言編輯功能方便快捷的后處理功能云圖、頻譜曲線、瀑布圖、指向性曲線自動(dòng)計(jì)算全局量從云圖結(jié)果提取場(chǎng)點(diǎn)響應(yīng)Plt2audio：將頻譜曲線轉(zhuǎn)換為聲音文件ModelcreationandvalidationAdvancedpost-processingFRFDisplayTool空調(diào)噪聲源構(gòu)成空調(diào)所產(chǎn)生的噪聲包括機(jī)械噪聲和氣動(dòng)噪聲?？照{(diào)器室內(nèi)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所發(fā)出的噪聲主要成分是貫流風(fēng)機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲，包括氣流的旋轉(zhuǎn)和渦流噪聲?？照{(diào)室外機(jī)激勵(lì)來(lái)自壓縮機(jī)和風(fēng)扇電機(jī)，它們?cè)谶\(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)度、振動(dòng)和噪聲等問(wèn)題。分析空調(diào)室外機(jī)噪聲源，涉及到的問(wèn)題相當(dāng)復(fù)雜。固體之間的振動(dòng)傳遞；流體之間的噪聲傳播；每個(gè)零部件既可單獨(dú)發(fā)出噪聲，又可因?yàn)楣舱癔B加的作用而發(fā)出噪聲。前面板、左側(cè)板和頂蓋等箱體部件，由于面積較大，在噪聲的輻射下，從而被噪聲源激發(fā)共振，產(chǎn)生噪聲。ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡(jiǎn)介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計(jì)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲FFT–ACTRAN空調(diào)壓縮機(jī)消聲器聲學(xué)分析ACTRANModulesACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRANAcousticsACTRANVibro-Acoustics空調(diào)壓縮機(jī)消聲器聲速172.3m/s媒質(zhì)密度77.35kg/m3出口端無(wú)反射入口段聲壓出口端流速平均值16.92m/sFlowdistributionINLETOUTLETINLETOUTLETCase1–無(wú)流條件–傳遞損失傳遞損失CPUtimeisequaltofewminutes,withafrequencystepequalto5HzCase2–媒質(zhì)流動(dòng)的影響–傳遞損失ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡(jiǎn)介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計(jì)壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲FFT–ACTRANReductionofDischargeGasPulsationofHVACCompressor雙渦圈渦旋壓縮機(jī)強(qiáng)制性干預(yù)方法當(dāng)壓縮機(jī)100%功率運(yùn)行時(shí)，控制排氣管路的脈動(dòng)壓力止回閥仍然有較高的脈動(dòng)壓力影響產(chǎn)品的可靠性可選擇的解決方案增加排氣管區(qū)域容積原始容積:0.4L改型1：增加容積到4.4L

目標(biāo)降低改型1使用的4.4L容積

限制尺寸(花費(fèi)，制造工藝)重量脈動(dòng)壓力的衰減內(nèi)部壓力如何控制排氣噪聲?幾何形狀模擬6種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較脈動(dòng)響應(yīng):腔體容積大小影響分析計(jì)算結(jié)果聲壓云圖總結(jié)空腔容積可以降低到1.4L考慮到排氣沖擊的頻率成分主要是100Hz，因此形狀的影響很小可以自由的設(shè)計(jì)空間

可以滿足重量控制、形狀、工程造價(jià)等其他方面的訴求止回閥產(chǎn)生非線性>150HzACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡(jiǎn)介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計(jì)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲ACTRANModulesACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRANVibro-Acoustics壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化“GlobalAcousticalFinite-elementsimulationofscrollcompressornoisefrominternalsources”，PhilippeDugast,InternationalCompressorEngineeringConference，2008.研究目標(biāo)：改善結(jié)構(gòu)特性，降低噪聲幾何、部件、部件之間的連接不預(yù)測(cè)壓縮機(jī)內(nèi)部噪聲源的產(chǎn)生機(jī)理以及傳播利用有限元方法模擬聲音傳播，可以考慮結(jié)構(gòu)部件的振動(dòng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)方程流體：聲學(xué)波動(dòng)方程建立壓縮機(jī)完整模型，進(jìn)行聲學(xué)分析。研究對(duì)象：渦旋式壓縮機(jī)耦合所有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，考慮以下問(wèn)題：鋼板之間的焊接、螺栓的連接油、制冷劑固、液、氣體區(qū)域完全耦合橡膠底座，模擬壓縮機(jī)放置在地面壓縮機(jī)外使用半橢球體，模擬外部空氣域結(jié)構(gòu)部件占整個(gè)模型的50%，共26841節(jié)點(diǎn)，101123網(wǎng)格仿真模型簡(jiǎn)化說(shuō)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)外部殼體輸入壓縮過(guò)程中的壓強(qiáng)載荷主軸軸承上的力載荷輸出流體中的聲場(chǎng)云圖輻射聲功率輸入與輸出設(shè)置輻射聲功率級(jí)比較聲貢獻(xiàn)量研究研究壓縮機(jī)的主要聲源樣機(jī)模型研究1/3倍頻程聲功率級(jí)ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡(jiǎn)介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計(jì)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲ACTRANModulesACTRANVibroAcousticsACTRANAeroAcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRAN氣動(dòng)聲學(xué)分析方法特點(diǎn)與不足方法1直接CAA方法2

混合方法CFD/ACTRAN方法3

混合方法（F-WH、BEM）方法4

湍流模型計(jì)算資源最多一般一般最少反射效應(yīng)√√××聲透射結(jié)構(gòu)×√××聲波對(duì)流體的作用√×××求解類型瞬態(tài)瞬態(tài)瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)精確性好好好有限制配合Vibro-Acoustics模塊可以進(jìn)行流動(dòng)-振動(dòng)聲學(xué)一體化分析！ACTRANAeroAcousticsaero-acoustics特性與CFD軟件的接口Lightill聲源項(xiàng)M?hring聲源項(xiàng)需要ACTRANAcoustics作為基礎(chǔ)應(yīng)用:風(fēng)扇噪聲環(huán)控系統(tǒng)管道噪聲IntroductionActran/Aeroacoustic能夠預(yù)測(cè)湍流噪聲從非穩(wěn)態(tài)CFD計(jì)算結(jié)果使用諸如Lighthill’s聲類比或M?hring’s聲類比方法，Actran計(jì)算氣動(dòng)噪聲源以及聲音的傳播研究對(duì)象包括:環(huán)控系統(tǒng)管道噪聲風(fēng)扇噪聲湍流所產(chǎn)生的噪聲可以與vibro-acoustic模塊結(jié)合，研究流動(dòng)-振動(dòng)聲學(xué)問(wèn)題Lighthill’s聲類比CFD計(jì)算(URANS,LES,DNS,…)計(jì)算流場(chǎng)計(jì)算氣動(dòng)聲源使用Lighthill’s聲類比使用M?hring’s聲類比SourcedomainWs(quadrupoles/dipoles)CAAdomainW(ACTRAN,FEM)NRBCatGeGsWaGeSolidboundaryatGsLighthill’s聲類比:基本思想從流體動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)使用盡可能少的假設(shè)將方程轉(zhuǎn)化為聲學(xué)波動(dòng)方程形式，聲源歸整到方程右手項(xiàng)

a

聲學(xué)變量，聲源與r,u,v,w,p相關(guān)在有限元網(wǎng)格內(nèi)定義各種邊界條件支持任何邊界條件!!!這是與其他方法最大的區(qū)別(Curle,FWHorBEM)分析步驟將“Porous”Ffowcs-Williams&Hawkings思想應(yīng)用于有限元方法旋轉(zhuǎn)機(jī)械外部區(qū)域使用ACTRANAero-acoustics旋轉(zhuǎn)部件內(nèi)部區(qū)域?qū)⑹褂脤Ｓ玫倪吔鐥l件來(lái)考慮基于Lighthill‘s方程，增加Kirchhoff理論與之類似:藍(lán)色旋轉(zhuǎn)葉片區(qū)域利用橙色邊界求解與電磁學(xué)(高斯理論),光學(xué)...風(fēng)機(jī)噪聲Rotorblades:

notinthecomputationaldomainComputationaldomainLighthillsurfaceHVAC離心風(fēng)機(jī)FanNoise2007:PresentationofaCAAformulationbasedonLighthill'sanalogyforfannoise-S.Caro,Y.Nishio,R.Sandboge,J.Iyer環(huán)控軸流風(fēng)扇不同的熱交換機(jī)不同的傳聲器;標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試=測(cè)試結(jié)果取平均值A(chǔ)IAA2006-2692:ValidationofaCAAformulationbasedonLighthill’sAnalogyusingAcuSolveandActran/LAonanIdealizedAutomotiveHVACBlowerandonanaxialfan-S.Caro,R.Sandboge,R.Ambs,K.WashburnACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡(jiǎn)介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計(jì)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲應(yīng)用:儀表板管道噪聲CaseStudyDescription項(xiàng)目背景FFT與VISTEONInteriorSystemsFrance合作使用ACTRAN軟件預(yù)測(cè)儀表板通風(fēng)管道產(chǎn)生的湍流噪聲CFD計(jì)算使用ANSYSFLUENT，VISTEON公司相應(yīng)進(jìn)行聲學(xué)實(shí)驗(yàn)研究成果發(fā)表于2009NVHSAEConference(Aero-Acousticpredictionsofautomotiveinstrumentpanelducts;Detry,Manera,Detandt,d’Udekem;SA