電梯氣動(dòng)噪聲計(jì)算

電梯氣動(dòng)噪聲分析李奇ACTRAN行業(yè)應(yīng)用-1背景影響電梯轎廂內(nèi)部噪聲的因素包括：由轎廂的結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)噪聲氣流高速流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲機(jī)房噪聲等外部聲源對(duì)于低速電梯，轎廂結(jié)構(gòu)振動(dòng)是電梯的主要噪聲源；高速電梯由于存在空氣擾流影響，氣動(dòng)噪聲成為主要噪聲源；國內(nèi)高速電梯的氣動(dòng)噪聲分析尚未開展，電梯提速后出現(xiàn)嚴(yán)重的噪聲問題。電梯氣動(dòng)噪聲分析-內(nèi)容ACTRAN軟件介紹ACTRANAero-acoustics氣動(dòng)噪聲分析流程CFD非定常流動(dòng)模擬

CFD網(wǎng)格劃分與Fluent建模 CFD模擬結(jié)果CAA湍流噪聲分析

ACTRAN模型 CAA網(wǎng)格劃分與ACTRAN建模 ACTRAN-iCFD提取噪聲源(Lighthill/Mohring)和導(dǎo)入流場(Mohring) ACTRANAero-acoustics頻域分析結(jié)果TheACTRANsoftwaresuiteACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRAN氣動(dòng)噪聲計(jì)算流程CFD–URANS/LES/DES非定常流場分布?jí)毫?，速度，密度，等…ACTRAN-iCFD根據(jù)CFD計(jì)算結(jié)果通過Lighthill或Mohring聲類比轉(zhuǎn)換湍流噪聲源

通過傅里葉變換將時(shí)域結(jié)果變換到頻域ACTRANAero-Acoustics

傳播iCFD計(jì)算出的流動(dòng)聲源

計(jì)算聲場分布以及指定位置的聲學(xué)變量ACTRAN-VI計(jì)算數(shù)據(jù)后處理，聲場云圖及頻譜顯示CFD非定常流動(dòng)模擬要求：模擬電梯以10m/s的速度下行時(shí)，轎廂外部的非定常流動(dòng)模型說明：計(jì)算模型使用井道內(nèi)電梯的外流場區(qū)域轎廂外表面與井道壁面為固壁條件，在氣流作用下不發(fā)生形變?cè)诰浪俣冗M(jìn)口端沿Z軸正方向,施加10m/s平均流動(dòng)速度在井道出口端施加標(biāo)準(zhǔn)大氣壓邊界條件模型使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格數(shù)量為217000，節(jié)點(diǎn)數(shù)234352。CFD計(jì)算模型速度進(jìn)口端壓力出口端轎廂（掏空）空氣井道壁面CFD非定常流動(dòng)模擬流程定常流動(dòng)模擬使用k-e模型進(jìn)行定常流動(dòng)模擬至收斂非定常流動(dòng)模擬使用LES模型（大渦模擬）進(jìn)行非定常流動(dòng)模擬；時(shí)間步設(shè)為0.001s；計(jì)算采樣時(shí)間要求非定常流動(dòng)穩(wěn)定之后，一般取t=L/V時(shí)間之后，L為井道長度，V為轎廂速度；本次計(jì)算演示保存非定常流動(dòng)計(jì)算142個(gè)時(shí)間步（4.43GB）。定常流動(dòng)計(jì)算結(jié)果-速度分布Z方向速度分布速度幅值分布注：從進(jìn)口端流入的空氣只能從轎廂與井道壁面狹縫處流過，流速迅速增大！定常流動(dòng)計(jì)算結(jié)果-流壓分布注：轎廂向下運(yùn)行時(shí)，將在下方產(chǎn)生相當(dāng)大的靜壓分布；與氣動(dòng)聲學(xué)相關(guān)的動(dòng)壓，主要產(chǎn)生在轎廂與井道的縫隙以及轎廂頂部渦流區(qū)域！靜壓分布動(dòng)壓分布動(dòng)壓分布非定常流動(dòng)計(jì)算保存每一步計(jì)算的dat文件保存每一時(shí)間步結(jié)果氣動(dòng)噪聲計(jì)算流程CFD–URANS/LES/DES非定常流場分布?jí)毫?，速度，密度，等…ACTRAN-iCFD根據(jù)CFD計(jì)算結(jié)果通過Lighthill或Mohring聲類比轉(zhuǎn)換湍流噪聲源

通過傅里葉變換將時(shí)域結(jié)果變換到頻域ACTRANAero-Acoustics

傳播iCFD計(jì)算出的流動(dòng)聲源

計(jì)算聲場分布以及指定位置的聲學(xué)變量ACTRAN-VI計(jì)算數(shù)據(jù)后處理，聲場云圖及頻譜顯示創(chuàng)建聲學(xué)分析模型網(wǎng)格模型材料屬性頻響分析注：建立聲學(xué)分析模型，存為ele.dat轎廂為鋁板-空腔-鋁板結(jié)構(gòu)，厚度分別為2mm、5mm、3mm.ACTRAN-iCFD提取流動(dòng)噪聲源ACTRAN湍流噪聲分析

需要根據(jù)CFD工具(例如Fluent,Star-CD,CFX等)計(jì)算得到的非定常流場提取流動(dòng)噪聲源ACTRAN–iCFD

[1]根據(jù)流場變量通過Lighthill/Mohring聲類比沿CAA網(wǎng)格積分計(jì)算流動(dòng)噪聲源 [2]通過Fourier變換將時(shí)域結(jié)果變換到頻域 [3]Mohring聲類比還需要將CFD流場導(dǎo)入到CAA計(jì)算網(wǎng)格上ACTRAN-iCFDICFD-CAA聲源計(jì)算BEGINICFDBEGINCAASOURCESINPUT_FILEelevator*OUTPUT_FILEtime.nffACTRAN_FILEele.datBEGINTIME_DOMAIN0100ENDTIME_DOMAINCOMPUTELIGHTHILL_VOLUMECOMPONENT1ENDCAASOURCESENDICFDINPUT_FILE:流體計(jì)算結(jié)果文件，*為通配符OUTPUT_FILE:以nff文件格式，存儲(chǔ)ICFD計(jì)算得到的時(shí)域Lighthill應(yīng)力張量，命名為time.nffACTRAN_FILE:ACTRAN格式的聲學(xué)模型文件，對(duì)應(yīng)上一頁ppt中創(chuàng)建的ele.datTIME_DOMAINdatablock:允許設(shè)定選擇流體文件的時(shí)間步，缺省計(jì)算所有時(shí)間步

支持兩種格式定義:TminTstepTmaxTminTmax:ICFD將計(jì)算定義的時(shí)間段內(nèi)所有時(shí)間步COMPUTELIGHTHILL:定義ICFD計(jì)算氣動(dòng)聲源的類型注：計(jì)算lighthill體源時(shí)，默認(rèn)計(jì)算時(shí)間步為流體計(jì)算采樣時(shí)間步的1/2，因此可轉(zhuǎn)換最高頻率為1/?t！ICFD-傅里葉轉(zhuǎn)換BEGINDFTINPUT_FILEtime.nffOUTPUT_FILEfrequency.nffBEGINFREQUENCY_DOMAIN10101000ENDFREQUENCY_DOMAINENDDFTORBEGINDFTINPUT_FILEMeasurements_time.txtOUTPUT_FILEmeasurements_freq.pltBEGINFREQUENCY_DOMAIN10101000ENDFREQUENCY_DOMAINENDDFTINPUT_FILE:輸入文件類型:ICFD計(jì)算得到的NFF格式時(shí)域結(jié)果文件實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果的時(shí)域ASCII格式文件OUTPUT_FILE:輸出文件類型:ICFD計(jì)算得到的NFF格式頻域結(jié)果文件實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果的頻域ASCII格式文件FREQUENCY_DOMAINdatablock:設(shè)定頻率轉(zhuǎn)換的范圍，缺省ACTRAN將計(jì)算所有頻率支持兩種格式定義:FminFstepFmaxFminFmax

ICFD將計(jì)算頻段內(nèi)所有可轉(zhuǎn)換的頻率氣動(dòng)噪聲計(jì)算流程CFD–URANS/LES/DES非定常流場分布?jí)毫?，速度，密度，等…ACTRAN-iCFD根據(jù)CFD計(jì)算結(jié)果通過Lighthill或Mohring聲類比轉(zhuǎn)換湍流噪聲源

通過傅里葉變換將時(shí)域結(jié)果變換到頻域ACTRAN

傳播iCFD計(jì)算出的流動(dòng)聲源

計(jì)算聲場分布以及指定位置的聲學(xué)變量ACTRAN-VI計(jì)算數(shù)據(jù)后處理，聲場云圖及頻譜顯示查看結(jié)果導(dǎo)入NFF結(jié)果文件，選擇特定結(jié)果查看。計(jì)算結(jié)果-井道內(nèi)的聲場計(jì)算結(jié)果-外層壁板振動(dòng)計(jì)算結(jié)果-壁板之間空腔的聲場計(jì)算結(jié)果-內(nèi)層壁板振動(dòng)計(jì)算結(jié)果-轎廂內(nèi)部聲場轎廂中心位置聲壓級(jí)響應(yīng)轎廂雙層板的結(jié)構(gòu)響應(yīng)-均方速度聲學(xué)響應(yīng)-均方聲壓級(jí)CAA計(jì)算總結(jié)計(jì)算使用電腦配置CPU：INTEL1.86GHzMemory：1.5GB，ACTRAN計(jì)算調(diào)用內(nèi)存<250MB存儲(chǔ)：141個(gè)頻率點(diǎn)，聲學(xué)計(jì)算結(jié)果文件共523MB聲學(xué)模型ele.dat網(wǎng)格數(shù)量為131252，節(jié)點(diǎn)數(shù)24726計(jì)算時(shí)間ACTRAN/ICFD氣動(dòng)聲源計(jì)算：

10m37sACTRAN/ICFD傅里葉轉(zhuǎn)換：

1m38sACTRAN聲場求解：

57m26s計(jì)算總時(shí)間：

1h9m41s計(jì)算頻率說明NyquistTheorem

原始連續(xù)時(shí)間變量q(t)

離散采樣時(shí)間序列q(tk)

q(t)~q(tk)ifΔt<1/(2fmax)fmax=5000Hz

Δt<0.0001sCFD非定常流場采樣 fmin=1/(NΔt) fmax=1/(2Δt) Δf=fmin fmin=50Hz fmax=5000HzN=200,Δt=0.0001s注：最高求解頻率由非定常流動(dòng)時(shí)間步?jīng)Q定;可以根據(jù)需求增加采樣的時(shí)間步數(shù)量，豐富求解的頻率點(diǎn)！總結(jié)ACTRAN支持振動(dòng)-流動(dòng)噪聲整體分析，對(duì)于電梯的外流場氣動(dòng)噪聲分析可以獲得轎廂結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)以及內(nèi)外聲場的分布；ACTRAN支持主流CFD軟件的數(shù)據(jù)格式，包括Star-CD,Star-CCM+,Fluent,CFX,Powerflow，AcuSolve,OpenFOAM；提取近體流動(dòng)源項(xiàng)(速度、密度、壓力)，體聲源意味著更高的精度。Lighthill聲類比(低