汽車空調(diào)系統(tǒng)噪聲仿真分析-2011.7.29

FFT-ACTRAN汽車空調(diào)系統(tǒng)噪聲仿真分析李奇博士

目錄問題描述原始結(jié)構(gòu)幾何模型ACTRANAero-acoustics湍流噪聲分析流程與原理CFD非定常流動模擬 CFD網(wǎng)格劃分與Fluent建模 CFD模擬結(jié)果CAA湍流噪聲分析 ACTRANAero-acoustics模型 ACTRAN-iCFD提取噪聲源 ACTRANAero-acoustics頻域分析結(jié)果空調(diào)系統(tǒng)的作用舒適性(制熱,制冷,通風(fēng))安全性(除霧)評價空調(diào)系統(tǒng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)壓力損失氣流指向性，流動是否均勻聲學(xué)性能（氣動噪聲）空調(diào)系統(tǒng)的噪聲問題空調(diào)系統(tǒng)噪聲分析某型汽車空調(diào)系統(tǒng)TheACTRANsoftwaresuiteACTRANVibro-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRAN

/Aero-acoustics湍流噪聲計算流程CFD-LES/DES非定常流場分布壓力，速度，密度，等…ACTRAN-iCFD根據(jù)CFD計算結(jié)果通過Lighthill或Mohring聲類比提取湍流噪聲源

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

傳播iCFD計算出的流動聲源

計算聲場分布以及指定位置的聲學(xué)變量ACTRAN-VI計算數(shù)據(jù)后處理，聲場云圖及頻譜顯示FromCFDtoCAA...ACTRAN提供的聲類比類型LighthillAnalogy線性聲場，流場與聲場沒有耦合低馬赫數(shù)(Ma<0.2~0.4)高雷諾數(shù)(Re~106)均勻介質(zhì)聲傳播MohringAnalogy非線性聲場，對流影響聲場較強平均流動高雷諾數(shù)(Re~106)非均勻介質(zhì)聲傳播Lighthill/Mohring聲類比-有限元變分以Lighthill聲類比為例有限元變分弱解形式產(chǎn)生兩組源項，體積源(VolumeSource)和面聲源(SurfaceSource)。螺旋槳噪聲問題中，通過在CFD轉(zhuǎn)靜區(qū)交界面上提取面聲源表達(dá)旋轉(zhuǎn)區(qū)域產(chǎn)生的流動聲源影響。CFD流場計算計算步驟CFD計算設(shè)置首先定常計算，待定常計算收斂，主要是為非定常計算提供初始流場。非定常計算使用大渦模擬（LES），主要是為ACTRAN聲場計算保存數(shù)據(jù)，注意設(shè)置求解器時開啟能量方程。CFD邊界條件設(shè)定邊界條件設(shè)定（1）進(jìn)口邊界條件（inlet）：inlet設(shè)為速度進(jìn)口，徑向速度為2.855m/s，切向速度為-23.50667m/s而軸向速度為0。（2）出口邊界條件：都設(shè)為壓力出口。（3）工作壓力為101325Pa，空氣物性為常物性。CFD計算結(jié)果T=0.65s時渦量云圖CAA:ACTRAN/Aero-acoustics

空調(diào)系統(tǒng)聲學(xué)模型ACTRAN-iCFD提取流動噪聲源ACTRAN湍流噪聲分析需要根據(jù)CFD工具(例如Fluent,Star-CD,CFX等)計算得到的非定常流場提取流動噪聲源ACTRAN–iCFD [1]根據(jù)流場變量通過Lighthill/Mohring聲類比沿CAA網(wǎng)格積分計算流動噪聲源 [2]通過Fourier變換將時域結(jié)果變換到頻域 [3]Mohring聲類比還需要將CFD流場導(dǎo)入到CAA計算網(wǎng)格上ACTRAN-iCFD空調(diào)系統(tǒng)噪聲分析-120Hz貫流風(fēng)機、風(fēng)箱和側(cè)窗出口（outlet-sidewindow）處的噪聲比較大。聲壓級分布云圖顯示結(jié)構(gòu)的不規(guī)則導(dǎo)致氣流不穩(wěn)定，從而引起氣動噪聲，因此需要對空調(diào)管道系統(tǒng)流道進(jìn)行優(yōu)化?？照{(diào)系統(tǒng)噪聲分析-397Hz當(dāng)頻率增加到397Hz時，空調(diào)管道聲壓級整體下降，最大值不超過110dB，但是噪聲源分布區(qū)域增大，基本上整個管內(nèi)的聲壓都在74.8dB左右。在貫流風(fēng)機處，特別是在流道內(nèi)的聲壓級特別大，達(dá)到109dB。進(jìn)一步說明貫流風(fēng)機與不規(guī)則的流道是主要聲源區(qū)。出口端中心位置聲壓級頻響結(jié)果在低頻區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)的出口輸出的聲壓最大到了110dB。聲壓級隨頻率的增加而減小，這說明流致噪聲的能量多集中在低頻區(qū)。比較每個出口的聲壓級，outlet-front-foot聲壓級最大，而outlet-rear-foot聲壓級最小。這是由于outlet-front-foot離流道不規(guī)則區(qū)域（聲源區(qū)）最近，而outlet-rear-foot離聲源區(qū)最遠(yuǎn)。計算結(jié)果說明鑒于計算時間及計算資源的要求，CFD計算只計算了有限時間，增加計算時間可提高噪聲頻率分辨率，使計算結(jié)果更精確；前面的計算結(jié)果未考慮空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對聲音傳播的影響，故計算結(jié)果與試驗值會有偏差；各出口邊界條件定義為導(dǎo)納邊界，與實際工況有差別，可能造成計算偏差；若需要考慮空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響，可以將ACTRANAero-Acoustics結(jié)合Vibro-Acoustis進(jìn)行聯(lián)合仿真?？偨Y(jié)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。提取近體流動源項(速度、密度、壓力)，體聲源意味著更高的精度。Lighthill聲類比(低速流動)及M?hring聲類比(高速流動)為CAA分析提供了更多的聲源項選擇。通過CFD動靜區(qū)交界面上提取的面聲源，流動噪聲分析能夠有效處理旋轉(zhuǎn)流場。通過近體聲源提取流動噪聲源，對CFD湍流計算的要求明顯降低計算消耗降低?；谙∈杈W(wǎng)格的計算結(jié)果在低頻范圍與加密