空调噪声模拟案例

FFT–ACTRANACTRAN在空调行业的应用李奇博士ACTRAN在空调行业的应用ACTRAN软件简介ACTRAN在空调行业的应用FreeFieldTechnologies1998，由Jean-PierreCoyette、Jean-LouisMigeot教授创立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/VibroAcoustics,ActranforNastran)流动声学(Actran/TM,Actran/DGM,Actran/AeroAcoustics)前后处理器(Actran/VI)服务:培训,技术交流,工程咨询,特别开发科研:FFT参加众多科研项目，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。LocationsSomeofourAerospaceCustomersSomeofourAutomotiveCustomersSomeOtherReferencesTheACTRANsoftwaresuiteACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRANAcoustics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,结构振动…非均质流体(密度和温度梯度)精确模拟管道声学问题的边界条件(解析解)更多的功能:传递矩阵法,不匹配网格,特殊单元类型…典型应用管道中声传播,障碍物衍射振动结构辐射噪声高性能求解器，并行技术ExhaustMufflerDiffractionw/flowPowertrainRadiationACTRANVibroAcoustics振动声学仿真工具Actran/Acoustics+astandardstructuralsolver结构与声学的求解完全耦合丰富的有限单元与材料库: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材料单元、薄壳单元，允许考虑预应力作用(*)多孔与多孔弹性单元压电材料单元，支持换能器、声纳与噪声主动控制模拟(*)真实的激励方式:声学，运动学与动态激励随机激励：湍流边界层、扩散声场、δ相关激励，得到平均值、标准偏差、包络等LoudspeakerSidewindowtransmissionMufflerRadiationACTRANAeroAcoustics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、Möhring声类比；在有限元网格上可以定义边界条件：任何边界条件都可使用!!!这是与其他处理方法(如Curle,FWHorBEM)相比，最大的区别！可以与VibroAcoustics联合计算客户：

Daimler,BMW,VW,Delphi,Visteon,JohnDeere,Brothers,PSA...风扇噪声空调管道与实验结果比较ACTRANVIACTRAN各模块的前后处理器利用其他CAE工具创建的网格，建立ACTRAN分析模型提供脚本化语言编辑功能方便快捷的后处理功能云图、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响应Plt2audio：将频谱曲线转换为声音文件ModelcreationandvalidationAdvancedpost-processingFRFDisplayTool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行时产生的气动噪声，包括气流的旋转和涡流噪声。空调室外机激励来自压缩机和风扇电机，它们在运行时会对结构产生强度、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。固体之间的振动传递；流体之间的噪声传播；每个零部件既可单独发出噪声，又可因为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。ACTRAN在空调行业的应用ACTRAN软件简介ACTRAN在空调行业的应用消声器排气管设计压缩机结构声学优化风扇噪声管道噪声FFT–ACTRAN空调压缩机消声器声学分析ACTRANModulesACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRANAcousticsACTRANVibro-Acoustics空调压缩机消声器声速172.3m/s媒质密度77.35kg/m3出口端无反射入口段声压0.2N/m²,i.e.80dB出口端流速平均值16.92m/sFlowdistributionINLETOUTLETINLETOUTLETCase1–无流条件–传递损失传递损失CPUtimeisequaltofewminutes,withafrequencystepequalto5HzCase2–媒质流动的影响–传递损失ACTRAN在空调行业的应用ACTRAN软件简介ACTRAN在空调行业的应用消声器排气管设计压缩机内部结构优化风扇噪声管道噪声FFT–ACTRANReductionofDischargeGasPulsationofHVACCompressor双涡圈涡旋压缩机强制性干预方法当压缩机100%功率运行时，控制排气管路的脉动压力止回阀仍然有较高的脉动压力影响产品的可靠性可选择的解决方案增加排气管区域容积原始容积:0.4L改型1：增加容积到4.4L目标降低改型1使用的4.4L容积

限制尺寸(花费，制造工艺)重量脉动压力的衰减内部压力如何控制排气噪声?几何形状模拟6种设计结构与实验结果比较脉动响应:腔体容积大小影响分析计算结果声压云图总结空腔容积可以降低到1.4L考虑到排气冲击的频率成分主要是100Hz，因此形状的影响很小可以自由的设计空间

可以满足重量控制、形状、工程造价等其他方面的诉求止回阀产生非线性>150HzACTRAN在空调行业的应用ACTRAN软件简介ACTRAN在空调行业的应用消声器排气管设计压缩机结构声学优化风扇噪声管道噪声ACTRANModulesACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRANVibro-Acoustics压缩机结构声学优化“GlobalAcousticalFinite-elementsimulationofscrollcompressornoisefrominternalsources”，PhilippeDugast,InternationalCompressorEngineeringConference，2008.研究目标：改善结构特性，降低噪声几何、部件、部件之间的连接不预测压缩机内部噪声源的产生机理以及传播利用有限元方法模拟声音传播，可以考虑结构部件的振动效应结构：结构方程流体：声学波动方程建立压缩机完整模型，进行声学分析。研究对象：涡旋式压缩机耦合所有内部结构，考虑以下问题：钢板之间的焊接、螺栓的连接油、制冷剂固、液、气体区域完全耦合橡胶底座，模拟压缩机放置在地面压缩机外使用半椭球体，模拟外部空气域结构部件占整个模型的50%，共26841节点，101123网格仿真模型简化说明内部结构外部壳体输入压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辐射声功率级比较声贡献量研究研究压缩机的主要声源样机模型研究1/3倍频程声功率级ACTRAN在空调行业的应用ACTRAN软件简介ACTRAN在空调行业的应用消声器排气管设计压缩机结构声学优化风扇噪声管道噪声ACTRANModulesACTRANVibroAcousticsACTRANAeroAcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRAN气动声学分析方法特点与不足方法

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4

湍流模型计算资源最多一般一般最少反射效应√√××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精确性好好好有限制配合Vibro-Acoustics模块可以进行流动-振动声学一体化分析！ACTRANAeroAcousticsaero-acoustics特性与CFD软件的接口Lightill声源项Möhring声源项需要ACTRANAcoustics作为基础应用:风扇噪声环控系统管道噪声IntroductionActran/Aeroacoustic能够预测湍流噪声从非稳态CFD计算结果使用诸如Lighthill’s声类比或Möhring’s声类比方法，Actran计算气动噪声源以及声音的传播研究对象包括: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，研究流动-振动声学问题Lighthill’s声类比CFD计算(URANS,LES,DNS,…)计算流场计算气动声源使用Lighthill’s声类比使用Möhring’s声类比SourcedomainWs(quadrupoles/dipoles)CAAdomainW(ACTRAN,FEM)NRBCatGeGsWaGeSolidboundaryatGsLighthill’s声类比:基本思想从流体动力学方程推导使用尽可能少的假设将方程转化为声学波动方程形式，声源归整到方程右手项

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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界条件支持任何边界条件!!!这是与其他方法最大的区别(Curle,FWHorBEM)分析步骤CFD与声学计算是解耦的基于Lighthill或Möhring声类比插值技术(积分插值法).声学网格只需要遵循声学计算标准:无需优化声源区网格ACTRAN可以直接读取CFD文件将“Porous”Ffowcs-Williams&Hawkings思想应用于有限元方法旋转机械外部区域使用ACTRANAero-acoustics旋转部件内部区域将使用专用的边界条件来考虑基于Lighthill‘s方程，增加Kirchhoff理论与之类似:蓝色旋转叶片区域利用橙色边界求解与电磁学(高斯理论),光学...风机噪声Rotorblades:

notinthecomputationaldomainComputationaldomainLighthillsurfaceHVAC离心风机FanNoise2007:PresentationofaCAAformulationbasedonLighthill'sanalogyforfannoise-S.Caro,Y.Nishio,R.Sandboge,J.Iyer环控轴流风扇不同的热交换机不同的传声器;标准测试=测试结果取平均值AIAA2006-2692:ValidationofaCAAformulationbasedonLighthill’sAnalogyusingAcuSolveandActran/LAonanIdealizedAutomotiveHVACBlowerandonanaxialfan-S.Caro,R.Sandboge,R.Ambs,K.WashburnACTRAN在空调行