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軟件簡介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用FreeFieldTechnologiesLocationsSomeofourAerospaceCustomersSomeofourAutomotiveCustomersSomeOtherReferencesTheACTRANsoftwaresuiteACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRANAcousticsExhaustMufflerDiffractionw/flowPowertrainRadiationACTRANVibroAcoustics振動聲學(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:聲學(xué)有限元與無限元粘彈性梁單元、殼單元與實體單元復(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、聲納與噪聲主動控制模擬(*)真實的激勵方式:聲學(xué)，運動學(xué)與動態(tài)激勵隨機激勵：湍流邊界層、擴散聲場、δ相關(guān)激勵，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)過大量實驗驗證；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)合計算客戶：

Daimler,BMW,VW,Delphi,Visteon,JohnDeere,Brothers,PSA...風(fēng)扇噪聲空調(diào)管道與實驗結(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、指向性曲線自動計算全局量從云圖結(jié)果提取場點響應(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)生的噪聲包括機械噪聲和氣動噪聲?？照{(diào)器室內(nèi)機運轉(zhuǎn)時所發(fā)出的噪聲主要成分是貫流風(fēng)機風(fēng)道系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的氣動噪聲，包括氣流的旋轉(zhuǎn)和渦流噪聲?？照{(diào)室外機激勵來自壓縮機和風(fēng)扇電機，它們在運行時會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強度、振動和噪聲等問題。分析空調(diào)室外機噪聲源，涉及到的問題相當(dāng)復(fù)雜。固體之間的振動傳遞；流體之間的噪聲傳播；每個零部件既可單獨發(fā)出噪聲，又可因為共振疊加的作用而發(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軟件簡介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計壓縮機結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲FFT–ACTRAN空調(diào)壓縮機消聲器聲學(xué)分析ACTRANModulesACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRANAcousticsACTRANVibro-Acoustics空調(diào)壓縮機消聲器聲速172.3m/s媒質(zhì)密度77.35kg/m3出口端無反射入口段聲壓出口端流速平均值16.92m/sFlowdistributionINLETOUTLETINLETOUTLETCase1–無流條件–傳遞損失傳遞損失CPUtimeisequaltofewminutes,withafrequencystepequalto5HzCase2–媒質(zhì)流動的影響–傳遞損失ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計壓縮機內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲FFT–ACTRANReductionofDischargeGasPulsationofHVACCompressor雙渦圈渦旋壓縮機強制性干預(yù)方法當(dāng)壓縮機100%功率運行時，控制排氣管路的脈動壓力止回閥仍然有較高的脈動壓力影響產(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，制造工藝)重量脈動壓力的衰減內(nèi)部壓力如何控制排氣噪聲?幾何形狀模擬6種設(shè)計結(jié)構(gòu)與實驗結(jié)果比較脈動響應(yīng):腔體容積大小影響分析計算結(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)計空間

可以滿足重量控制、形狀、工程造價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軟件簡介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計壓縮機結(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)測壓縮機內(nèi)部噪聲源的產(chǎn)生機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)部件的振動效應(yīng)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)方程流體：聲學(xué)波動方程建立壓縮機完整模型，進行聲學(xué)分析。研究對象：渦旋式壓縮機耦合所有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，考慮以下問題：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，模擬壓縮機放置在地面壓縮機外使用半橢球體，模擬外部空氣域結(jié)構(gòu)部件占整個模型的50%，共26841節(jié)點，101123網(wǎng)格仿真模型簡化說明內(nèi)部結(jié)構(gòu)外部殼體輸入壓縮過程中的壓強載荷主軸軸承上的力載荷輸出流體中的聲場云圖輻射聲功率輸入與輸出設(shè)置輻射聲功率級比較聲貢獻量研究研究壓縮機的主要聲源樣機模型研究1/3倍頻程聲功率級ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計壓縮機結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲ACTRANModulesACTRANVibroAcousticsACTRANAeroAcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRAN氣動聲學(xué)分析方法特點與不足方法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模塊可以進行流動-振動聲學(xué)一體化分析！ACTRANAeroAcousticsaero-acoustics特性與CFD軟件的接口Lightill聲源項M?hring聲源項需要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)測湍流噪聲從非穩(wěn)態(tài)CFD計算結(jié)果使用諸如Lighthill’s聲類比或M?hring’s聲類比方法，Actran計算氣動噪聲源以及聲音的傳播研究對象包括: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-振動聲學(xué)問題Lighthill’s聲類比CFD計算(URANS,LES,DNS,…)計算流場計算氣動聲源使用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)波動方程形式，聲源歸整到方程右手項

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件來考慮基于Lighthill‘s方程，增加Kirchhoff理論與之類似:藍色旋轉(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)機噪聲Rotorblades:

notinthecomputationaldomainComputationaldomainLighthillsurfaceHVAC離心風(fēng)機FanNoise2007:PresentationofaCAAformulationbasedonLighthill'sanalogyforfannoise-S.Caro,Y.Nishio,R.Sandboge,J.Iyer環(huán)控軸流風(fēng)扇不同的熱交換機不同的傳聲器;標(biāo)準(zhǔn)測試=測試結(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軟件簡介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計壓縮機結(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項目背景FFT與VISTEONInteriorSystemsFrance合作使用ACTRAN軟件預(yù)測儀表板通風(fēng)管道產(chǎn)生的湍流噪聲CFD計算使用ANSYSFLUENT，VISTEON公司相應(yīng)進行聲學(xué)實驗研究成果發(fā)表于2009NVHSAEConference(Aero-Acousticpredictionsofautomotiveinstrumentpanelducts;Detry,Manera,Detandt,d’Udekem;SA