某型空調(diào)軸流風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲仿真分析

1、某型空調(diào)軸流風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲仿真分析 詹福良 1 游 斌 2 (1 LMS 國(guó)際公司北京代表處 , 2 美的制冷家電集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心 1、概述 研究對(duì)象是帶短導(dǎo)管軸流風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲分析問(wèn)題。這里主要介紹使用 LMS 公司著名聲學(xué)軟件 SYSNOISE 的流體聲學(xué)模塊生成氣動(dòng)噪聲聲源 ,然后使用 SYSNOISE 強(qiáng)大的聲學(xué)邊界元 (Acoustic BEM 功能進(jìn)行整個(gè)聲場(chǎng)諧波分析的過(guò)程和 結(jié)果。其中帶短導(dǎo)管軸流風(fēng)扇的流場(chǎng)分析使用 FLUENT 軟件 ,分析模型和輸入數(shù)據(jù) 由美的研發(fā)中心的游斌博士提供。 SYSNOISE 模型的網(wǎng)格在 FLUENT 模型網(wǎng)格的 基礎(chǔ)上快速生成得到。 本文目的在于

2、 SYSNOISE 流體聲學(xué)功能演示和拋磚引玉 ,并未對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn) 確程度特別關(guān)注。實(shí)際上本題計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性由 FLUENT 流場(chǎng)計(jì)算的精度和 SYSNOISE 聲學(xué)計(jì)算精度共同決定 ,我們這里只選取了 FLUENT 計(jì)算初期的部分流 場(chǎng)結(jié)果 ,初始條件擾動(dòng)較大 ,導(dǎo)致噪聲計(jì)算的結(jié)果可能偏大。共計(jì)算了 62300Hz 之 間的噪聲分布 ,這里只列出部分結(jié)果。 根據(jù)與游斌博士的交流 ,做了兩種不同網(wǎng)格密度的 SYSNOISE 模型進(jìn)行驗(yàn)證。 一種是嚴(yán)格按照 CFD 導(dǎo)出網(wǎng)格的密度 ,直接生成對(duì)應(yīng)的 SYSNOISE 模型;另一種是 按照聲學(xué)分析理論進(jìn)行了網(wǎng)格稀疏化的 SYSNOISE 模型。

3、對(duì)兩種模型的內(nèi)聲場(chǎng)計(jì) 算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比 ,結(jié)果基本完全一致。但是第二種稀疏化模型 (有效頻率已經(jīng)達(dá)到 8000Hz 的計(jì)算速度大幅度增加。實(shí) 際應(yīng)用中建議使用第二種模型。 2、分析流程 C F D c o m p u t a t i o n i n t i m e d o m a i n (e .g . L E S L a r g e E d d y S i m u l a t i o n ; D E S 圖 1SYSNOISE 的流體聲學(xué)分析流程圖 具體的分析流程如下 : A在 FLUENT模型網(wǎng)格基礎(chǔ)上快速生成各種密度的 SYSNOISE模型網(wǎng)格。 B 使用 FLUENT 軟件對(duì)帶短導(dǎo)管軸

4、流風(fēng)扇的流場(chǎng)進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)分析 , 并在時(shí)域內(nèi) 輸出流 場(chǎng)的分析結(jié)果。 (FLUENT 分析模型和輸入數(shù)據(jù)由美的研發(fā)中心游斌博士提 C使用 SYSNOISE 的流體聲學(xué)模塊直接讀入 FLUENT 的流場(chǎng)分析結(jié)果 ,并生成 相應(yīng)的 氣動(dòng)噪聲聲源 ,這里主要是壁面流體壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的二極子聲源。 D 使用 SYSNOISE 強(qiáng)大的 ( 耦合聲學(xué)邊界元 (Acoustic BEM 功能進(jìn)行整個(gè)聲場(chǎng)的 諧波分析計(jì)算和結(jié)果后處理輸出。本文使用內(nèi)外 DBEM 模型在短導(dǎo)管的端部 進(jìn)行耦合來(lái)模擬開(kāi)放導(dǎo)管情況 ,內(nèi)模型由導(dǎo)管壁面與風(fēng)扇之間構(gòu)成的空腔組成 (法線 方向指向空腔內(nèi)側(cè) ,外模型由導(dǎo)管壁面組成 (法線方向指

5、向空腔外側(cè)。 圖 2 內(nèi)外聲場(chǎng)耦合的邊界元模型及不同的網(wǎng)格密度對(duì)比 3、結(jié)果分析 3.1 二極子聲源提取結(jié)果 下面列出的是 SYSNOISE 進(jìn)行二極子聲源提取的結(jié)果 ,為了對(duì)比說(shuō)明 SYSNOISE 的計(jì)算流程中對(duì) CFD 網(wǎng)格進(jìn)行疏化處理 ,然后得到適當(dāng)密度的聲學(xué)網(wǎng)格 的適用性 ,這里包含了兩種網(wǎng)格密度模型的對(duì)比 :（左列稀疏網(wǎng)格 ;右列CFD 網(wǎng)格, 因?yàn)榫W(wǎng)格太密影響云圖顯示 ,所以特別將網(wǎng)格隱藏不顯示 : i_zim ENGINEERING INNOVATION SYS*：SC Ker b 6 Opt in BEI Vat aaf aoaalC B 區(qū)! FUe Gomrtry Mod

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9、r xh ViewDrtpliy X8 imte ISMWKv 圖 3 封閉內(nèi)聲場(chǎng)模型的計(jì)算結(jié)果及不同的網(wǎng)格密度對(duì)比 從結(jié)果圖形可以直觀 看出 ,兩種不同密度的網(wǎng)格所得到的內(nèi)部聲場(chǎng)特征也基本完全一致 ,無(wú)論從分布趨勢(shì) 和數(shù)值大小 ,都表現(xiàn)出很好的一致性。但是稀疏化模型 （有效頻率已經(jīng)達(dá)到 8000Hz 的計(jì)算速度大幅度增加 ,所以實(shí)際應(yīng)用中一般都要使用稀疏化的聲學(xué)網(wǎng)格模型。 某型空調(diào)軸流風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲仿真分析 2006 LMS 首屆用戶大會(huì)論文集 3.3 真 實(shí)聲場(chǎng)模型（內(nèi)外耦合）的計(jì)算結(jié)果 最后， 利用稀疏化的網(wǎng)格模型建立了真實(shí)的 軸流風(fēng)扇內(nèi)外聲場(chǎng)耦合模型， 進(jìn)行完整的軸流 風(fēng)扇噪聲輻射模擬

10、分析。下面列出 的是 SYSNOISE 進(jìn)行內(nèi)外部聲場(chǎng)分布計(jì)算的結(jié)果（左列 內(nèi)聲場(chǎng)；右列 外聲場(chǎng) 6 某型空調(diào)軸流風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲仿真分析 2006 LMS 首屆用戶大會(huì)論文集 7 某型空調(diào)軸流風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲仿真分析 2006 LMS 首屆用戶大會(huì)論文集 圖 4 真實(shí)內(nèi)外聲場(chǎng)耦合模型的計(jì)算結(jié)果 4、結(jié)論與建議 從計(jì)算結(jié)果看到， 氣動(dòng)噪聲的 聲源主要來(lái)自風(fēng)扇迎風(fēng)面的中上部、 以及對(duì)應(yīng)的管路壁面部 位。內(nèi)部聲場(chǎng)的氣動(dòng) 噪聲主要分布在出風(fēng)側(cè)，幅值較高。而外部聲場(chǎng)的氣動(dòng)噪聲主要分布在 風(fēng)扇平面 內(nèi)，而不在風(fēng)扇的流場(chǎng)方向上。本結(jié)論與航空領(lǐng)域的螺旋槳平面噪聲現(xiàn)象比較一 致。 根據(jù)上面的分析對(duì)比過(guò)程， SYSNOISE 可以非常方便地解決這類(lèi)流體聲學(xué)分 析問(wèn)題，高 效準(zhǔn)確地得到氣動(dòng)聲學(xué)的內(nèi)外聲場(chǎng)分布。關(guān)鍵的是， SYSYNO