空調噪聲模擬案例ppt課件

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

2、汽車, 空中客車, 殼牌石油, 德國Lloyd船級社等十一家大型企業(yè)，共同資助FFT開發(fā)ACTRAN軟件專業(yè)的聲學仿真工具 Actran/Acoustics :振動聲學 (Actran/Vibro Acoustics, Actran for Nastran)流動聲學 (Actran/TM, Actran/DGM, Actran/Aero Acoustics)前后處置器 (Actran/VI) 效力: 培訓, 技術交流, 工程咨詢, 特別開發(fā) 科研:FFT參與眾多科研工程，從風機噪聲、螺旋槳噪聲、輪胎噪聲、航空發(fā)動機噪聲到高性能計算以及產(chǎn)品的聲學設計等。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 聲學仿真工具 聲學有限元/無限元 聲源: 點聲源, 平面波, 管道模態(tài), 構造振動 非均質流體(密度和溫度梯度) 準確模擬管道聲學問題的邊境條件(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 典型運用 管道中聲傳播, 妨礙物衍射 振動構造輻射噪聲 高性能求解器，并行技術Exhaust MufflerDiffraction w/ fl

5、owPowertrain Radiation10Copyright Free Field TechnologiesACTRAN VibroAcoustics 振動聲學仿真工具 Actran/Acoustics + a standard structural solver 構造與聲學的求解完全耦合 豐富的有限單元與資料庫: 聲學有限元與無限元 粘彈性梁單元、殼單元與實體單元 復合資料單元、薄殼單元，允許思索預應力作用 (*) 多孔與多孔彈性單元 壓電資料單元，支持換能器、聲納與噪聲自動控制模擬 (*) 真實的鼓勵方式: 聲學，運動學與動態(tài)鼓勵 隨機鼓勵：湍流邊境層、分散聲場、相關鼓勵，得到平均值

6、、規(guī)范偏向、包絡等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)過大量實驗驗證； 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結合計算 客戶：Daimler, BMW, VW, Delphi,

7、Visteon, John Deere, Brothers, PSA.風扇噪聲空調管道與實驗結果比較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 自動計算全局量 從云圖結果提取場點呼應 Plt2audio：將頻譜曲線轉換為聲音文件Model creation and validationAdvanced post-processingFRF Display Tool13Copyrig

8、ht Free Field Technologies空調噪聲源構成 空調所產(chǎn)生的噪聲包括機械噪聲和氣動噪聲。 空調器室內機運轉時所發(fā)出的噪聲主要成分是貫流風機風道系統(tǒng)運轉時產(chǎn)生的氣動噪聲，包括氣流的旋轉和渦流噪聲。 空調室外機鼓勵來自緊縮機和風扇電機，它們在運轉時會對構造產(chǎn)生強度、振動和噪聲等問題。分析空調室外機噪聲源，涉及到的問題相當復雜。 固體之間的振動傳送； 流體之間的噪聲傳播； 每個零部件既可單獨發(fā)出噪聲，又可由于共振疊加的作用而發(fā)出噪聲。 前面板、左側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在空調行業(yè)的運用 ACTRAN軟件簡介 ACTRAN在空調行業(yè)的運用 消聲器 排氣管設計 緊縮機構造聲學優(yōu)化 風扇噪聲 管道噪聲Copyright Free Field TechnologiesFFT ACTRAN空調緊縮機消聲器聲學分析16Copyright Free Field TechnologiesACTRAN ModulesACTRAN Aero-AcousticsACTRAN TMACTRAN DGMACTRAN VIACTRAN for NASTRANACTRAN AcousticsACTRAN Vibro-Acoustics17Copyright

10、Free Field Technologies空調緊縮機消聲器聲速172.3m/s媒質密度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 媒質流動的影響 傳送損失20Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空調行業(yè)的運用 ACTRAN軟件簡介 ACTRAN在空調行業(yè)的運用 消聲器 排氣管設計 緊縮機內部構造優(yōu)化 風扇噪聲 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23Copyright Free Field Tec

12、hnologies 強迫性干涉方法 當緊縮機100%功率運轉時，控制排氣管路的脈動壓力 止回閥依然有較高的脈動壓力 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運用的4.4L容積 限制 尺寸 (破費，制造工藝) 分量 脈動壓力的衰減 內部壓力如何控制排氣噪聲?24Copyright Free Field Technologies幾何外形 模擬6種設計構造 與實驗結果比較25Copyright Free Field Technologies脈動呼應: 腔體容積大小影響分析26Copyright Free Field T

13、echnologies計算結果 聲壓云圖27Copyright Free Field Technologies總結 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 可以自在的設計空間 可以滿足分量控制、外形、工程造價等其他方面的訴求 止回閥產(chǎn)生非線性 150 Hz28Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空調行業(yè)的運用 ACTRAN軟件簡介 ACTRAN在空調行業(yè)的運用 消聲器 排氣管設計 緊縮機構造聲學優(yōu)化 風扇噪聲 管道噪聲29Copyright Free Field TechnologiesACTRAN

14、 ModulesACTRAN Aero-AcousticsACTRAN TMACTRAN AcousticsACTRAN DGMACTRAN VIACTRAN for NASTRANACTRAN Vibro-Acoustics30Copyright Free Field Technologies緊縮機構造聲學優(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：改善構造特性，降低噪聲幾何、部件、部件之間的銜接不預測緊縮機內部噪聲源的產(chǎn)活力理以及傳播利用有限元方法模擬聲音傳播，可以思索構造部件的振動效應構造：構造方程流體：聲學動搖方程建立緊縮機完好模型，進展聲學分析。31Copyright Free Field Technologies 研討對象：渦旋式緊縮機 耦合一切內部構造，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，模擬緊縮機放置在地面 緊縮機外運用半橢球體，模擬外部空氣域 構造部件占整個模型的50%，共26841節(jié)點，101123網(wǎng)格仿真模型簡化

16、闡明內部構造外部殼體32Copyright Free Field Technologies 輸入 緊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置33Copyright Free Field Technologies輻射聲功率級比較34Copyright Free Field Technologies聲奉獻量研討 研討緊縮機的主要聲源35Copyright Free Field Technologies樣機模型研討 1/3倍頻程聲功率級36Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空調行業(yè)的運用 ACTRAN軟件簡

17、介 ACTRAN在空調行業(yè)的運用 消聲器 排氣管設計 緊縮機構造聲學優(yōu)化 風扇噪聲 管道噪聲37Copyright Free Field TechnologiesACTRAN ModulesACTRAN VibroAcousticsACTRAN AeroAcousticsACTRAN TMACTRAN AcousticsACTRAN DGMACTRAN VIACTRAN for NASTRAN38Copyright Free Field Technologies氣動聲學分析方法特點與不足特點與不足方法 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

18、4 湍流模型計算資源最多一般一般最少最少反射效應聲透射結構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)穩(wěn)態(tài)精確性精確性好好好好好好有限制配合Vibro-Acoustics模塊可以進展流動-振動聲學一體化分析！39Copyright Free Field TechnologiesACTRAN AeroAcoustics aero-acoustics 特性 與 CFD 軟件的接口 Lightill 聲源項 Mhring 聲源項 需求 ACTRAN Acoustics作為根底 運用: 風扇噪聲 環(huán)控系統(tǒng)管道噪聲40Copyright Free Field TechnologiesIntroduction

19、 Actran/Aeroacoustic 可以預測湍流噪聲 從非穩(wěn)態(tài) CFD 計算結果運用諸如 Lighthills 聲類比或 Mhrings 聲類比如法，Actran 計算氣動噪聲源以及聲音的傳播 研討對象包括: 環(huán)控系統(tǒng)管道噪聲 風扇噪聲 湍流所產(chǎn)生的噪聲 可以與 vibro-acoustic 模塊結合，研討流動-振動聲學問題41Copyright Free Field TechnologiesLighthills 聲類比 CFD 計算(URANS, LES, DNS, ) 計算流場 計算氣動聲源 運用 Lighthills 聲類比 運用 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 從流體動力學方程推導 運用盡能夠少的假設 將方程轉化為聲學動搖方程方式，聲源歸整到方程右手項 a 聲學變量，聲源與 r,u,v,w,p 相關 在有限元網(wǎng)格內定義各種邊境條件 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與聲學計算是解耦的 基于Lighthill或Mhring聲類比 插值技術(積分插值法). 聲學網(wǎng)格只需求遵照聲學計算規(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 思想運用于有限元方法 旋轉機械外部區(qū)域運用 ACTRAN Aero-acoustics 旋轉部件內部區(qū)域將運用公用的邊境條件來思索 基于 Lighthills 方程，添加 Kirchhoff 實際與之類似: 藍色旋轉葉片區(qū)域利用橙色邊境求解 與電磁學

22、 (高斯實際), 光學.風機噪聲Rotor blades: not in the computational domainComputational domainLighthill surface45Copyright Free Field TechnologiesHVAC 離心風機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)控軸流風扇 不同的熱交換機 不同的傳聲器; 規(guī)范測試= 測試結果取平均值AIAA 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在空調行業(yè)的運用 ACTRAN軟件簡介 ACTRAN在空調行業(yè)