空调噪声模拟案例ppt课件

1、Copyright Free Field TechnologiesFFT ACTRANACTRAN 在空调行业的运用李奇 博士2Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空调行业的运用 ACTRAN软件简介 ACTRAN在空调行业的运用3Copyright Free Field TechnologiesFree Field Technologies 1998，由Jean-Pierre Coyette、Jean-Louis Migeot教授创建 总部在比利时布鲁塞尔，法国图卢兹、日本东京、美国底特律设有分部 1999-2001，雷诺, 标志, 菲亚特, 通用

2、汽车, 空中客车, 壳牌石油, 德国Lloyd船级社等十一家大型企业，共同资助FFT开发ACTRAN软件专业的声学仿真工具 Actran/Acoustics :振动声学 (Actran/Vibro Acoustics, Actran for Nastran)流动声学 (Actran/TM, Actran/DGM, Actran/Aero Acoustics)前后处置器 (Actran/VI) 效力: 培训, 技术交流, 工程咨询, 特别开发 科研:FFT参与众多科研工程，从风机噪声、螺旋桨噪声、轮胎噪声、航空发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。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 声学仿真工具 声学有限元/无限元 声源: 点声源, 平面波, 管道模态, 构造振动 非均质流体(密度和温度梯度) 准确模拟管道声学问题的边境条件(解析解) 更多的功能: 传送矩阵法, 不匹配网格, 特殊单元类型 典型运用 管道中声传播, 妨碍物衍射 振动构造辐射噪声 高性能求解器，并行技术Exhaust MufflerDiffraction w/ fl

5、owPowertrain Radiation10Copyright Free Field TechnologiesACTRAN VibroAcoustics 振动声学仿真工具 Actran/Acoustics + a standard structural solver 构造与声学的求解完全耦合 丰富的有限单元与资料库: 声学有限元与无限元 粘弹性梁单元、壳单元与实体单元 复合资料单元、薄壳单元，允许思索预应力作用 (*) 多孔与多孔弹性单元 压电资料单元，支持换能器、声纳与噪声自动控制模拟 (*) 真实的鼓励方式: 声学，运动学与动态鼓励 随机鼓励：湍流边境层、分散声场、相关鼓励，得到平均值

6、、规范偏向、包络等LoudspeakerSide window transmissionMuffler Radiation11Copyright Free Field TechnologiesACTRAN AeroAcoustics 宽带流致噪声仿真工具 特性： 支持大多数的CFD软件，并经过大量实验验证； Lightill 声类比、Mhring 声类比； 在有限元网格上可以定义边境条件： 任何边境条件都可运用 ! 这是与其他处置方法(如Curle, FWH or BEM)相比，最大的区别！ 可以与VibroAcoustics结合计算 客户：Daimler, BMW, VW, Delphi,

7、Visteon, John Deere, Brothers, PSA.风扇噪声空调管道与实验结果比较12Copyright Free Field TechnologiesACTRAN VI ACTRAN各模块的前后处置器 利用其他CAE工具创建的网格，建立ACTRAN分析模型 提供脚本化言语编辑功能 方便快捷的后处置功能 云图、频谱曲线、瀑布图、指向性曲线 自动计算全局量 从云图结果提取场点呼应 Plt2audio：将频谱曲线转换为声音文件Model creation and validationAdvanced post-processingFRF Display Tool13Copyrig

8、ht Free Field Technologies空调噪声源构成 空调所产生的噪声包括机械噪声和气动噪声。 空调器室内机运转时所发出的噪声主要成分是贯流风机风道系统运转时产生的气动噪声，包括气流的旋转和涡流噪声。 空调室外机鼓励来自紧缩机和风扇电机，它们在运转时会对构造产生强度、振动和噪声等问题。分析空调室外机噪声源，涉及到的问题相当复杂。 固体之间的振动传送； 流体之间的噪声传播； 每个零部件既可单独发出噪声，又可由于共振叠加的作用而发出噪声。 前面板、左侧板和顶盖等箱体部件，由于面积较大，在噪声的辐射下，从而被噪声源激发共振，产生噪声。14Copyright Free Field Tec

9、hnologiesACTRAN在空调行业的运用 ACTRAN软件简介 ACTRAN在空调行业的运用 消声器 排气管设计 紧缩机构造声学优化 风扇噪声 管道噪声Copyright Free Field TechnologiesFFT ACTRAN空调紧缩机消声器声学分析16Copyright Free Field TechnologiesACTRAN ModulesACTRAN Aero-AcousticsACTRAN TMACTRAN DGMACTRAN VIACTRAN for NASTRANACTRAN AcousticsACTRAN Vibro-Acoustics17Copyright

10、Free Field Technologies空调紧缩机消声器声速172.3m/s媒质密度77.35kg/m3出口端无反射入口段声压0.2N/m, i.e.80dB出口端流速平均值 16.92m/s Flow distributionINLETOUTLETINLETOUTLET18Copyright Free Field TechnologiesCase 1 无流条件 传送损失传送损失123456123456CPU time is equal to few minutes, with a frequency step equal to 5Hz19Copyright Free Field Tec

11、hnologiesCase 2 媒质流动的影响 传送损失20Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空调行业的运用 ACTRAN软件简介 ACTRAN在空调行业的运用 消声器 排气管设计 紧缩机内部构造优化 风扇噪声 管道噪声Copyright Free Field TechnologiesFFT ACTRANReduction of Discharge Gas Pulsation of HVAC Compressor22Copyright Free Field Technologies双涡圈涡旋紧缩机23Copyright Free Field Tec

12、hnologies 强迫性干涉方法 当紧缩机100%功率运转时，控制排气管路的脉动压力 止回阀依然有较高的脉动压力 影响产品的可靠性 可选择的处理方案 添加排气管区域容积 原始容积: 0.4 L 改型1：添加容积到4.4L目的 降低改型1运用的4.4L容积 限制 尺寸 (破费，制造工艺) 分量 脉动压力的衰减 内部压力如何控制排气噪声?24Copyright Free Field Technologies几何外形 模拟6种设计构造 与实验结果比较25Copyright Free Field Technologies脉动呼应: 腔体容积大小影响分析26Copyright Free Field T

13、echnologies计算结果 声压云图27Copyright Free Field Technologies总结 空腔容积可以降低到1.4 L 思索到排气冲击的频率成分主要是100Hz，因此外形的影响很小 可以自在的设计空间 可以满足分量控制、外形、工程造价等其他方面的诉求 止回阀产生非线性 150 Hz28Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空调行业的运用 ACTRAN软件简介 ACTRAN在空调行业的运用 消声器 排气管设计 紧缩机构造声学优化 风扇噪声 管道噪声29Copyright Free Field TechnologiesACTRAN

14、 ModulesACTRAN Aero-AcousticsACTRAN TMACTRAN AcousticsACTRAN DGMACTRAN VIACTRAN for NASTRANACTRAN Vibro-Acoustics30Copyright Free Field Technologies紧缩机构造声学优化“Global Acoustical Finite-element simulation of scroll compressor noise from internal sources，Philippe Dugast, International Compressor Enginee

15、ring Conference，2021.研讨目的：改善构造特性，降低噪声几何、部件、部件之间的衔接不预测紧缩机内部噪声源的产活力理以及传播利用有限元方法模拟声音传播，可以思索构造部件的振动效应构造：构造方程流体：声学动摇方程建立紧缩机完好模型，进展声学分析。31Copyright Free Field Technologies 研讨对象：涡旋式紧缩机 耦合一切内部构造，思索以下问题： 钢板之间的焊接、螺栓的衔接 油、制冷剂 固、液、气体区域完全耦合 橡胶底座，模拟紧缩机放置在地面 紧缩机外运用半椭球体，模拟外部空气域 构造部件占整个模型的50%，共26841节点，101123网格仿真模型简化

16、阐明内部构造外部壳体32Copyright Free Field Technologies 输入 紧缩过程中的压强载荷 主轴轴承上的力载荷 输出 流体中的声场云图 辐射声功率输入与输出设置33Copyright Free Field Technologies辐射声功率级比较34Copyright Free Field Technologies声奉献量研讨 研讨紧缩机的主要声源35Copyright Free Field Technologies样机模型研讨 1/3倍频程声功率级36Copyright Free Field TechnologiesACTRAN在空调行业的运用 ACTRAN软件简

17、介 ACTRAN在空调行业的运用 消声器 排气管设计 紧缩机构造声学优化 风扇噪声 管道噪声37Copyright Free Field TechnologiesACTRAN ModulesACTRAN VibroAcousticsACTRAN AeroAcousticsACTRAN TMACTRAN AcousticsACTRAN DGMACTRAN VIACTRAN for NASTRAN38Copyright Free Field Technologies气动声学分析方法特点与不足特点与不足方法 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 湍流模型计算资源最多一般一般最少最少反射效应声透射结构声波对流体的作用求解类型瞬态瞬态瞬态稳态稳态精确性精确性好好好好好好有限制配合Vibro-Acoustics模块可以进展流动-振动声学一体化分析！39Copyright Free Field TechnologiesACTRAN AeroAcoustics aero-acoustics 特性 与 CFD 软件的接口 Lightill 声源项 Mhring 声源项 需求 ACTRAN Acoustics作为根底 运用: 风扇噪声 环控系统管道噪声40Copyright Free Field TechnologiesIntroduction

19、 Actran/Aeroacoustic 可以预测湍流噪声 从非稳态 CFD 计算结果运用诸如 Lighthills 声类比或 Mhrings 声类比如法，Actran 计算气动噪声源以及声音的传播 研讨对象包括: 环控系统管道噪声 风扇噪声 湍流所产生的噪声 可以与 vibro-acoustic 模块结合，研讨流动-振动声学问题41Copyright Free Field TechnologiesLighthills 声类比 CFD 计算(URANS, LES, DNS, ) 计算流场 计算气动声源 运用 Lighthills 声类比 运用 Mhrings 声类比Source domain

20、Ws(quadrupoles/dipoles)CAA domain W(ACTRAN, FEM)NRBCat GeGsWaGeSolid boundary at Gs42Copyright Free Field TechnologiesLighthills 声类比: 根本思想 从流体动力学方程推导 运用尽能够少的假设 将方程转化为声学动摇方程方式，声源归整到方程右手项 a 声学变量，声源与 r,u,v,w,p 相关 在有限元网格内定义各种边境条件 支持任何边境条件! 这是与其他方法最大的区别 (Curle, FWH or BEM)43Copyright Free Field Technolog

21、ies分析步骤 CFD与声学计算是解耦的 基于Lighthill或Mhring声类比 插值技术(积分插值法). 声学网格只需求遵照声学计算规范: 无需优化声源区网格 ACTRAN 可以直接读取 CFD 文件44Copyright Free Field Technologies 将“Porous Ffowcs-Williams & Hawkings 思想运用于有限元方法 旋转机械外部区域运用 ACTRAN Aero-acoustics 旋转部件内部区域将运用公用的边境条件来思索 基于 Lighthills 方程，添加 Kirchhoff 实际与之类似: 蓝色旋转叶片区域利用橙色边境求解 与电磁学

22、 (高斯实际), 光学.风机噪声Rotor blades: not in the computational domainComputational domainLighthill surface45Copyright Free Field TechnologiesHVAC 离心风机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环控轴流风扇 不同的热交换机 不同的传声器; 规范测试= 测试结果取平均值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在空调行业的运用 ACTRAN软件简介 ACTRAN在空调行业