空調(diào)噪聲模擬案例ppt課件

1、Copyright Free Field TechnologiesFFT ACTRANACTRAN 在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用李奇 博士2Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用 ACTRAN軟件簡介 ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用3Copyright Free Field TechnologiesFree Field Technologies 1998，由Jean-Pierre Coyette、Jean-Louis Migeot教授創(chuàng)建 總部在比利時(shí)布魯塞爾，法國圖盧茲、日本東京、美國底特律設(shè)有分部 1999-2001，雷諾, 標(biāo)志, 菲亞特, 通用

2、汽車, 空中客車, 殼牌石油, 德國Lloyd船級(jí)社等十一家大型企業(yè)，共同資助FFT開發(fā)ACTRAN軟件專業(yè)的聲學(xué)仿真工具 Actran/Acoustics :振動(dòng)聲學(xué) (Actran/Vibro Acoustics, Actran for Nastran)流動(dòng)聲學(xué) (Actran/TM, Actran/DGM, Actran/Aero Acoustics)前后處置器 (Actran/VI) 效力: 培訓(xùn), 技術(shù)交流, 工程咨詢, 特別開發(fā) 科研:FFT參與眾多科研工程，從風(fēng)機(jī)噪聲、螺旋槳噪聲、輪胎噪聲、航空發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲到高性能計(jì)算以及產(chǎn)品的聲學(xué)設(shè)計(jì)等。4Copyright Free Field

3、 TechnologiesLocations5Copyright Free Field TechnologiesSome of our Aerospace Customers6Copyright Free Field TechnologiesSome of our Automotive Customers7Copyright Free Field TechnologiesSome Other References8Copyright Free Field TechnologiesThe ACTRAN software suiteACTRAN Vibro-AcousticsACTRAN Aero

4、-AcousticsACTRAN TMACTRAN AcousticsACTRAN DGMACTRAN VIACTRAN for NASTRAN9Copyright Free Field TechnologiesACTRAN Acoustics 聲學(xué)仿真工具 聲學(xué)有限元/無限元 聲源: 點(diǎn)聲源, 平面波, 管道模態(tài), 構(gòu)造振動(dòng) 非均質(zhì)流體(密度和溫度梯度) 準(zhǔn)確模擬管道聲學(xué)問題的邊境條件(解析解) 更多的功能: 傳送矩陣法, 不匹配網(wǎng)格, 特殊單元類型 典型運(yùn)用 管道中聲傳播, 妨礙物衍射 振動(dòng)構(gòu)造輻射噪聲 高性能求解器，并行技術(shù)Exhaust MufflerDiffraction w/ fl

5、owPowertrain Radiation10Copyright Free Field TechnologiesACTRAN VibroAcoustics 振動(dòng)聲學(xué)仿真工具 Actran/Acoustics + a standard structural solver 構(gòu)造與聲學(xué)的求解完全耦合 豐富的有限單元與資料庫: 聲學(xué)有限元與無限元 粘彈性梁單元、殼單元與實(shí)體單元 復(fù)合資料單元、薄殼單元，允許思索預(yù)應(yīng)力作用 (*) 多孔與多孔彈性單元 壓電資料單元，支持換能器、聲納與噪聲自動(dòng)控制模擬 (*) 真實(shí)的鼓勵(lì)方式: 聲學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)態(tài)鼓勵(lì) 隨機(jī)鼓勵(lì)：湍流邊境層、分散聲場(chǎng)、相關(guān)鼓勵(lì)，得到平均值

6、、規(guī)范偏向、包絡(luò)等LoudspeakerSide window transmissionMuffler Radiation11Copyright Free Field TechnologiesACTRAN AeroAcoustics 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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證； Lightill 聲類比、Mhring 聲類比； 在有限元網(wǎng)格上可以定義邊境條件： 任何邊境條件都可運(yùn)用 ! 這是與其他處置方法(如Curle, FWH or BEM)相比，最大的區(qū)別！ 可以與VibroAcoustics結(jié)合計(jì)算 客戶：Daimler, BMW, VW, Delphi,

7、Visteon, John Deere, Brothers, PSA.風(fēng)扇噪聲空調(diào)管道與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較12Copyright Free Field TechnologiesACTRAN VI ACTRAN各模塊的前后處置器 利用其他CAE工具創(chuàng)建的網(wǎng)格，建立ACTRAN分析模型 提供腳本化言語編輯功能 方便快捷的后處置功能 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)呼應(yīng) Plt2audio：將頻譜曲線轉(zhuǎn)換為聲音文件Model creation and validationAdvanced post-processingFRF Display Tool13Copyrig

8、ht Free Field Technologies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。 空調(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)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲，包括氣流的旋轉(zhuǎn)和渦流噪聲。 空調(diào)室外機(jī)鼓勵(lì)來自緊縮機(jī)和風(fēng)扇電機(jī)，它們?cè)谶\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)對(duì)構(gòu)造產(chǎn)生強(qiáng)度、振動(dòng)和噪聲等問題。分析空調(diào)室外機(jī)噪聲源，涉及到的問題相當(dāng)復(fù)雜。 固體之間的振動(dòng)傳送； 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，又可由于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。14Copyright Free Field Tec

9、hnologiesACTRAN在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用 ACTRAN軟件簡介 ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用 消聲器 排氣管設(shè)計(jì) 緊縮機(jī)構(gòu)造聲學(xué)優(yōu)化 風(fēng)扇噪聲 管道噪聲Copyright Free Field TechnologiesFFT ACTRAN空調(diào)緊縮機(jī)消聲器聲學(xué)分析16Copyright Free Field TechnologiesACTRAN ModulesACTRAN Aero-AcousticsACTRAN TMACTRAN DGMACTRAN VIACTRAN for NASTRANACTRAN AcousticsACTRAN Vibro-Acoustics17Copyright

10、Free Field Technologies空調(diào)緊縮機(jī)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0.2N/m, i.e.80dB出口端流速平均值 16.92m/s Flow distributionINLETOUTLETINLETOUTLET18Copyright Free Field TechnologiesCase 1 無流條件 傳送損失傳送損失123456123456CPU time is equal to few minutes, with a frequency step equal to 5Hz19Copyright Free Field Tec

11、hnologiesCase 2 媒質(zhì)流動(dòng)的影響 傳送損失20Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用 ACTRAN軟件簡介 ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用 消聲器 排氣管設(shè)計(jì) 緊縮機(jī)內(nèi)部構(gòu)造優(yōu)化 風(fēng)扇噪聲 管道噪聲Copyright Free Field TechnologiesFFT ACTRANReduction of Discharge Gas Pulsation of HVAC Compressor22Copyright Free Field Technologies雙渦圈渦旋緊縮機(jī)23Copyright Free Field Tec

12、hnologies 強(qiáng)迫性干涉方法 當(dāng)緊縮機(jī)100%功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，控制排氣管路的脈動(dòng)壓力 止回閥依然有較高的脈動(dòng)壓力 影響產(chǎn)品的可靠性 可選擇的處理方案 添加排氣管區(qū)域容積 原始容積: 0.4 L 改型1：添加容積到4.4L目的 降低改型1運(yùn)用的4.4L容積 限制 尺寸 (破費(fèi)，制造工藝) 分量 脈動(dòng)壓力的衰減 內(nèi)部壓力如何控制排氣噪聲?24Copyright Free Field Technologies幾何外形 模擬6種設(shè)計(jì)構(gòu)造 與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較25Copyright Free Field Technologies脈動(dòng)呼應(yīng): 腔體容積大小影響分析26Copyright Free Field T

13、echnologies計(jì)算結(jié)果 聲壓云圖27Copyright Free Field Technologies總結(jié) 空腔容積可以降低到1.4 L 思索到排氣沖擊的頻率成分主要是100Hz，因此外形的影響很小 可以自在的設(shè)計(jì)空間 可以滿足分量控制、外形、工程造價(jià)等其他方面的訴求 止回閥產(chǎn)生非線性 150 Hz28Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用 ACTRAN軟件簡介 ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用 消聲器 排氣管設(shè)計(jì) 緊縮機(jī)構(gòu)造聲學(xué)優(yōu)化 風(fēng)扇噪聲 管道噪聲29Copyright Free Field TechnologiesACTRAN

14、 ModulesACTRAN Aero-AcousticsACTRAN TMACTRAN AcousticsACTRAN DGMACTRAN VIACTRAN for NASTRANACTRAN Vibro-Acoustics30Copyright Free Field Technologies緊縮機(jī)構(gòu)造聲學(xué)優(yōu)化“Global Acoustical Finite-element simulation of scroll compressor noise from internal sources，Philippe Dugast, International Compressor Enginee

15、ring Conference，2021.研討目的：改善構(gòu)造特性，降低噪聲幾何、部件、部件之間的銜接不預(yù)測(cè)緊縮機(jī)內(nèi)部噪聲源的產(chǎn)活力理以及傳播利用有限元方法模擬聲音傳播，可以思索構(gòu)造部件的振動(dòng)效應(yīng)構(gòu)造：構(gòu)造方程流體：聲學(xué)動(dòng)搖方程建立緊縮機(jī)完好模型，進(jìn)展聲學(xué)分析。31Copyright Free Field Technologies 研討對(duì)象：渦旋式緊縮機(jī) 耦合一切內(nèi)部構(gòu)造，思索以下問題： 鋼板之間的焊接、螺栓的銜接 油、制冷劑 固、液、氣體區(qū)域完全耦合 橡膠底座，模擬緊縮機(jī)放置在地面 緊縮機(jī)外運(yùn)用半橢球體，模擬外部空氣域 構(gòu)造部件占整個(gè)模型的50%，共26841節(jié)點(diǎn)，101123網(wǎng)格仿真模型簡化

16、闡明內(nèi)部構(gòu)造外部殼體32Copyright Free Field Technologies 輸入 緊縮過程中的壓強(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33Copyright Free Field Technologies輻射聲功率級(jí)比較34Copyright Free Field Technologies聲奉獻(xiàn)量研討 研討緊縮機(jī)的主要聲源35Copyright Free Field Technologies樣機(jī)模型研討 1/3倍頻程聲功率級(jí)36Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用 ACTRAN軟件簡

17、介 ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用 消聲器 排氣管設(shè)計(jì) 緊縮機(jī)構(gòu)造聲學(xué)優(yōu)化 風(fēng)扇噪聲 管道噪聲37Copyright Free Field TechnologiesACTRAN ModulesACTRAN VibroAcousticsACTRAN AeroAcousticsACTRAN TMACTRAN AcousticsACTRAN DGMACTRAN VIACTRAN for NASTRAN38Copyright Free Field Technologies氣動(dòng)聲學(xué)分析方法特點(diǎn)與不足特點(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

18、4 湍流模型計(jì)算資源最多一般一般最少最少反射效應(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)穩(wěn)態(tài)精確性精確性好好好好好好有限制配合Vibro-Acoustics模塊可以進(jìn)展流動(dòng)-振動(dòng)聲學(xué)一體化分析！39Copyright Free Field TechnologiesACTRAN AeroAcoustics aero-acoustics 特性 與 CFD 軟件的接口 Lightill 聲源項(xiàng) Mhring 聲源項(xiàng) 需求 ACTRAN Acoustics作為根底 運(yùn)用: 風(fēng)扇噪聲 環(huán)控系統(tǒng)管道噪聲40Copyright Free Field TechnologiesIntroduction

19、 Actran/Aeroacoustic 可以預(yù)測(cè)湍流噪聲 從非穩(wěn)態(tài) CFD 計(jì)算結(jié)果運(yùn)用諸如 Lighthills 聲類比或 Mhrings 聲類比如法，Actran 計(jì)算氣動(dòng)噪聲源以及聲音的傳播 研討對(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，研討流動(dòng)-振動(dòng)聲學(xué)問題41Copyright Free Field TechnologiesLighthills 聲類比 CFD 計(jì)算(URANS, LES, DNS, ) 計(jì)算流場(chǎng) 計(jì)算氣動(dòng)聲源 運(yùn)用 Lighthills 聲類比 運(yùn)用 Mhrings 聲類比Source domain

20、Ws(quadrupoles/dipoles)CAA domain W(ACTRAN, FEM)NRBCat GeGsWaGeSolid boundary at Gs42Copyright Free Field TechnologiesLighthills 聲類比: 根本思想 從流體動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo) 運(yùn)用盡能夠少的假設(shè) 將方程轉(zhuǎn)化為聲學(xué)動(dòng)搖方程方式，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)定義各種邊境條件 支持任何邊境條件! 這是與其他方法最大的區(qū)別 (Curle, FWH or BEM)43Copyright Free Field Technolog

21、ies分析步驟 CFD與聲學(xué)計(jì)算是解耦的 基于Lighthill或Mhring聲類比 插值技術(shù)(積分插值法). 聲學(xué)網(wǎng)格只需求遵照聲學(xué)計(jì)算規(guī)范: 無需優(yōu)化聲源區(qū)網(wǎng)格 ACTRAN 可以直接讀取 CFD 文件44Copyright Free Field Technologies 將“Porous Ffowcs-Williams & Hawkings 思想運(yùn)用于有限元方法 旋轉(zhuǎn)機(jī)械外部區(qū)域運(yùn)用 ACTRAN Aero-acoustics 旋轉(zhuǎn)部件內(nèi)部區(qū)域?qū)⑦\(yùn)用公用的邊境條件來思索 基于 Lighthills 方程，添加 Kirchhoff 實(shí)際與之類似: 藍(lán)色旋轉(zhuǎn)葉片區(qū)域利用橙色邊境求解 與電磁學(xué)

22、 (高斯實(shí)際), 光學(xué).風(fēng)機(jī)噪聲Rotor blades: not in the computational domainComputational domainLighthill surface45Copyright Free Field TechnologiesHVAC 離心風(fēng)機(jī)Fan Noise 2007: Presentation of a CAA formulation based on Lighthills analogy for fan noise - S. Caro, Y. Nishio, R.Sandboge, J. Iyer46Copyright Free Field Te

23、chnologies環(huán)控軸流風(fēng)扇 不同的熱交換機(jī) 不同的傳聲器; 規(guī)范測(cè)試= 測(cè)試結(jié)果取平均值A(chǔ)IAA 2006-2692: Validation of a CAA formulation based on Lighthills Analogy using AcuSolve and Actran/LA on an Idealized Automotive HVAC Blower and on an axial fan - S. Caro, R.Sandboge, R. Ambs, K. Washburn47Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空調(diào)行業(yè)的運(yùn)用 ACTRAN軟件簡介 ACTRAN在空調(diào)行業(yè)