某型空調(diào)軸流風(fēng)扇的氣動噪聲仿真分析.

1、某型空調(diào)軸流風(fēng)扇的氣動噪聲仿真分析詹福良1游斌2（1 LMS國際公司北京代表處，2美的制冷家電集團技術(shù)研發(fā)中心1、概述研究對象是帶短導(dǎo)管軸流風(fēng)扇的氣動噪聲分析問題。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)模塊生成氣動噪聲聲源，然后使用 SYSNOISE強大的聲學(xué)邊界元（Acoustic BEM功能進行整個聲場諧波分析的過程和 結(jié)果。其中帶短導(dǎo)管軸流風(fēng)扇的流場分析使用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SYSNOISE流體聲學(xué)功能演示和拋磚引玉，并未對計算結(jié)果

2、的準(zhǔn) 確程度特別關(guān)注。實際上本題計算結(jié)果的準(zhǔn)確性由FLUENT流場計算的精度和SYSNOISE聲學(xué)計算精度共同決定，我們這里只選取了 FLUENT計算初期的部分流 場結(jié)果，初始條件擾動較大，導(dǎo)致噪聲計算的結(jié)果可能偏大。共計算了 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模型進行驗證。 一種是嚴(yán)格按照CFD導(dǎo)出網(wǎng)格的密度，直接生成對應(yīng)的SYSNOISE模型;另一種是 按照聲學(xué)分析理論進行了網(wǎng)格稀疏化的 SYSNOISE模型。對兩種模型的內(nèi)聲場計 算結(jié)果進行了對比，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)達到 80

3、00Hz的計算速度大幅度增加。實際應(yīng)用中建議使用第二種模型。2、分析流程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 . LE 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軟件對帶短導(dǎo)管軸流風(fēng)扇的流場進行非穩(wěn)態(tài)分析，并在時域內(nèi) 輸出流場的分析結(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

4、聲學(xué)模塊直接讀入FLUENT的流場分析結(jié)果，并生成相應(yīng)的氣動噪聲聲源，這里主要是壁面流體壓力脈動產(chǎn)生的二極子聲源。D使用SYSNOISE強大的（耦合聲學(xué)邊界元（Acoustic BEM功能進行整個聲場的諧波分析計算和結(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 進行耦合來模擬開放導(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（法線方向指向空腔外側(cè)。SVW1圖2內(nèi)外聲場耦合的邊界元模型及不同的網(wǎng)格密度對比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進行二極子聲源提取的結(jié)果，為了對比說明SYSNOISE的計算流程中對

5、CFD網(wǎng)格進行疏化處理 撚后得到適當(dāng)密度的聲學(xué)網(wǎng)格 的適用性，這里包含了兩種網(wǎng)格密度模型的對比:（左列一稀疏網(wǎng)格;右列一CFD網(wǎng)格, 因為網(wǎng)格太密影響云圖顯示，所以特別將網(wǎng)格隱藏不顯示：!T S H4 J. Si: Key If . H 心:少片 a -n If kl. V n e h I j cin.lFill* GmETry HimIkiI Anilyxil liH|uirc Tamils Viirw PoiitpmErBiiifWii_zimENGINEERING INNOVATION SYS*：SC Ker b 6 Opt in BEI Vat aaf aoaalC B 區(qū)!FUe G

6、omrtry Model Analysis Inqutrr Tools View Postprocess DisplayHelpFF 產(chǎn)冋亍上廠廠廠J aFFKPTT7CKKMBC0016ZDC83 IMS-01imENGINEERING INNOVATIONSYSB01SK Ker b. B Opt ion Bkl V.“FHr Gromrlry Model Analysis Inquorv Tools Viuw Postprocess Display?IMOODIWIMKDi2：SC Ker b 6 Opt in BEI Vat aaf aoaalC B 區(qū)!FUe Gomrtry Mod

7、el Analysis Inqutrr Tools View Postprocess DisplayHelpFF 產(chǎn)冋亍上廠廠廠J aFFKPTT7CKKMBC0016ZDC83 IMS-01imENGINEERING INNOVATIONSYSB01SK Ker b. B Opt ion Bkl V.“FHr Gromrlry Model Analysis Inquorv Tools Viuw Postprocess Display?IMOODIWIMKDi2 c Hl .cin.l4 me g圖2二極子聲源提取的結(jié)果及不同的網(wǎng)格密度對比MtM |l|（：1閃4C第工 血中弋 mf*曲口2X

8、Ei9731E02從結(jié)果圖形可以直觀看出，兩種不同密度的網(wǎng)格所得到的聲源特征基本是完全gi B f3 ME#1 啊 3IMEnOOlFrlNSltt Epw02WtFU 陶口Ui hu ：$1WE lIWEKTI?n|ui -ini2MG-O0I 9b囲ISV Rs? b, A Opt i-ini B|=B V !Fir Giromrlry Modiul Analyvis koquirr oohi Viirw Polpriacrss OispPwy|!*|* |4mhm hu | 町門at la u匕NClh| EtAlHG iHKOVIkTlON致的,無論從分布趨勢和數(shù)值大小，從聲學(xué)意義上都

9、表現(xiàn)出很好的一致性。3.2內(nèi)部聲場分布的計算結(jié)果為了方便進一步從聲場計算數(shù)值上進行模型的對比，我們首先在假設(shè)內(nèi)聲場封 閉的前提下進行了兩種不同密度網(wǎng)格的對比計算。下面列出了 SYSNOISE進行內(nèi) 部聲場分布計算的結(jié)果（包含兩種網(wǎng)格密度模型的對比：左列一稀疏網(wǎng)格;右列一直接CFD網(wǎng)格：i_zimENGINEERING INNOVATION* 5T5IS trr A6 葉BU7fit Cewctry Uo4ri Amh frt xh Vlrr Pwttt Dtiplay冋示wf rrrr卜卜i川s卜itENGINEERING INNOVATION-丸 IrrBU Ttfaatamalfit Ge

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11、n thti View Prtifmm (MplrrFW PFITF F沖點|7* j4D Ik r*a 1 h Cjr*! iw-n 沙 fd * it cvaaLh4M 押如h hfiMT Mh Virr PnxHiSffiMiar .Jl!hqaan 甲eneII3K-GC-TIKSMFMfPIWlQDI1w圖3封閉內(nèi)聲場模型的計算結(jié)果及不同的網(wǎng)格密度對比從結(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)部聲場特征也基本完全一致，無論從分布趨勢 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)達到8000Hz 的計算速度大幅度增加，所以實際應(yīng)用中一般都要使用稀疏化的聲學(xué)網(wǎng)

12、格模型。某型空調(diào)軸流風(fēng)扇的氣動噪聲仿真分析 2006 LMS首屆用戶大會論文集3.3真 實聲場模型（內(nèi)外耦合）的計算結(jié)果 最后，利用稀疏化的網(wǎng)格模型建立了真實的 軸流風(fēng)扇內(nèi)外聲場耦合模型， 進行完整的軸流 風(fēng)扇噪聲輻射模擬分析。下面列出 的是SYSNOISE進行內(nèi)外部聲場分布計算的結(jié)果（左列 一內(nèi)聲場；右列一外聲場 6某型空調(diào)軸流風(fēng)扇的氣動噪聲仿真分析 2006 LMS首屆用戶大會論文集7某型空調(diào)軸流風(fēng)扇的氣動噪聲仿真分析 2006 LMS首屆用戶大會論文集 圖4 真實內(nèi)外聲場耦合模型的計算結(jié)果 4、結(jié)論與建議 從計算結(jié)果看到，氣動噪聲的 聲源主要來自風(fēng)扇迎風(fēng)面的中上部、以及對應(yīng)的管路壁面部 位。內(nèi)部聲場的氣動噪聲主要分布在出風(fēng)側(cè)，幅值較高。而外部聲場的氣動噪聲主要分布在風(fēng)扇平面內(nèi)，而不在風(fēng)扇的流場方向上。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)上面的分析對比過程，SYSNOISE可以非常方便地解決這